Даже если вы не интересуетесь двигательными установками для космических аппаратов, вам наверняка приходилось слышать об устройстве EmDrive. Упоминание о двигателе часто встречается в заголовках, описывающих его как революционную технологию, способную перевернуть представления о межзвёздных путешествиях, критически сократить время полетов между планетами как внутри Солнечной системы, так и за ее пределами и воплотить в жизнь давние мечты человечества о доступном космосе.
Это достаточно громкие и амбициозные заявления и в свое время, комментируя подобные вещи, великий астрофизик и космолог, пионер в области экзобиологии Карл Саган (Carl Sagan) сказал, что «экстраординарные заявления требуют экстраординарных доказательств». Руководствуясь этим мы и попытаемся объяснить, что же на самом деле представляет собой этот нашумевший EmDrive, и действительно ли он является ключевой технологией, которая позволит людям покорить далекие звезды.
Итак, все что вам нужно знать о «невозможном» двигателе мы попытались изложить в одной непродолжительной статье, поехали.
Что такое EmDrive?
EmDrive – это двигатель-загадка. Впервые разработка была представлена аэрокосмическим инженером Роджером Шоером (Roger Shawyer) в 2001 году, а суть технологии может быть описана, как «бестопливный ракетный двигатель», в том смысле, что для него не требуется горючего, в традиционном представлении.
Отсутствие на борту больших объемов топлива сделает космические корабли более легкими, их будет проще приводить в движение и, теоритически, их производство станет намного дешевле.
Кроме того, гипотетический двигатель позволит достигать неимоверно высоких скоростей: астронавты смогут добираться до внешних границ Солнечной системы всего лишь за считанные месяцы.
Все дело в том, что сама по себе концепция движения без реактивного выброса массы «не стыкуется» с ньютоновским Законом сохранения импульса, который утверждает, что внутри замкнутой системы линейный и угловой моменты остаются постоянными величинами, вне зависимости от изменений, происходящих внутри этой системы. Проще говоря, если к телу не приложить внешнюю силу, то сдвинуть его с места невозможно.
Загадочный электромагнитный двигатель, который создает тягу безо всяких реактивных процессов, также нарушает и Третий (не менее фундаментальный) закон Ньютона: «На каждое действие всегда есть равное и противоположное противодействие».
Так как же тогда «действие» (реактивное движение космического аппарата) происходит без «противодействия» (сжигания топлива и реактивного выброса масс) и как вообще такое возможно? Если система работает, это значит в ней задействованы силы или явления неизвестной природы или же наше понимание законов физики абсолютно ошибочно.
Принцип работы EmDrive
Оставив на некоторое время физическую «невозможность» технологии, давайте определимся, что она собой представляет. Итак, EmDrive относится к категории гипотетических машин, использующих в своей работе модель «РЧ тягового полостного резонатора» (RF resonant cavity thruster).
Такие устройства работают за счет магнетрона, испускающего микроволны в закрытую металлическую камеру в форме усеченного конуса, которые затем отражаются от ее задней стенки, передавая реактивную тягу аппарату.
Опять же, выражаясь обычным языком, тело просто «отталкивается» от самого себя (как всё-таки глупы были люди, не верившие Барону Мюнхгаузену, когда он рассказывал о том, как вытащил себя за волосы из болота).
Такой принцип движения в корне отличается от того, что используют современные космические корабли, сжигающие огромное количество топлива для производства энергии, подымающей в небо массивные аппараты.
Одной из метафор, раскрывающих суть «невозможности» такой технологии, может также стать предположение, что сидящий в салоне незаведенного автомобиля водитель способен сдвинуть его с места — всего лишь надавив, как следует, на рулевое колесо.
Несмотря на то, что было проведено несколько успешных тестов экспериментальных прототипов – с очень небольшим, порядка нескольких десятков мкН, выделением энергии (вес мелкой монеты) – итоги ни одного из исследований не были опубликованы в каком-либо рецензируемом журнале. Это значит, что к любым положительным результатом нужно относится с долей здорового скептицизма, который допускает, что зафиксированная тяга могла быть неучтенной силой или ошибкой аппаратуры.
Пока технология не получила соответствующего научного подтверждения, логично было бы предположить, что EmDrive, на самом деле, не работает. Однако есть множество людей, которые опытным путем доказали, что «невозможный» электромагнитный двигатель все-таки работает:
В 2001 году Шойер получил от британского правительства грант в размере £45 000 на тесты для EmDrive. Он заявил, что в ходе испытаний была получена тяга силой 0,016 Н и для этого потребовалось 850 Вт энергии, однако не одна экспертная оценка не подтвердила результат. Причем цифры были настолько малы, что легко могли сойти за погрешность измерительной техники.
В 2008 году группа китайских ученых Северо-западного политехнического университета во главе с Ян Хуаном (Yang Juan), по их заявлению, подтвердила дееспособность технологии создания тяги за счет электромагнитного резонанса и позднее разработала свою собственную рабочую модель двигателя. С 2012 по 2014 год было проведено несколько удачных тестов, в которых удалось получить тягу силой 750 миллиньютон при затраченных на это 2500 ватт энергии.
В 2014 году исследователи NASA протестировали свою модель EmDrive, причем испытания проходили также и в условиях вакуума.
И снова ученые отрапортовали об успешном эксперименте (они зафиксировали тягу в 100 мкН) результаты которого, опять, не были подтверждены независимыми экспертами.
В тоже время, другая группа ученых космического агентства весьма скептично отозвалась о работе коллег – однако, ни опровергнуть, ни подтвердить возможность технологии так и не смогла, призвав к проведению более глубоких исследований.
В 2015 году эта же группа NASA протестировала другую версию двигателя Cannae Drive (бывший Q-drive), созданную инженером-химиком Гвидо Фетта (Guido Fetta) и заявила о положительном результате. Практически в одно время с ними, немецкие ученые из Дрезденского технологического университета также опубликовали результаты, в которых предсказуемо подтвердили наличие «невозможной» тяги.
И уже в конце 2015, еще один эксперимент от НАСА, проведенный группой Eagleworks (космический центр имени Джонсона) окончательно подтвердил состоятельность технологии. Тестирование проводилось с учетом предыдущих ошибок и, тем не менее, результаты оказались положительными – двигатель EmDrive производит тягу.
В то же время, исследователи допускают, что обнаружились новые неучтенные факторы, одним из которых может быть тепловое расширение, ощутимо влияющее на устройство в условиях вакуума.
Будет ли передана работа на рассмотрение экспертам или нет, ученые из Исследовательского центра Гленна, Кливленд, штат Огайо, Лаборатории реактивного движения НАСА и Лаборатории прикладной физики университета Джонса Хопкинса уверены, что продолжать эксперименты стоит.
Чем нам «светит» Emdrive
Вообще научное сообщество очень осторожно воспринимает все, что связано с EmDrive и с электромагнитными резонансно полостными двигателями в целом.
Но с другой стороны, такое количество исследований вызывает несколько вопросов.
Почему к технологии такой повышенный интерес и почему столько людей хотят ее протестировать? Что на самом деле может предложить двигатель с таким привлекательным концептом?
От разного рода атмосферных спутников и до более безопасных и эффективных автомобилей – такую широкую сферу применения пророчат новому устройству. Но главным, по-настоящему революционным последствием его внедрения являются невообразимые горизонты, которые открываются для космических путешествий.
Потенциально, корабль, оснащенный двигателем EmDrive, способен добраться до Луны всего за несколько часов, до Марса – за 2-3 месяца и до Плутона – примерно за 2 года (для сравнения: на то, чтобы долететь до Плутона зонд New Horizons потратил более 9 лет).
Это достаточно громкие заявления, однако, если выяснится, что технология имеет под собой реальное основание, эти цифры не будут настолько фантастическими.
И это с учетом, того что нет нужды перевозить тонны горючего, производство космических аппаратов станет более простым, а сами они будут намного легче и значительно дешевле.
Для НАСА и подобных организаций, включая множество частных космических корпораций вроде SpaceX или Virgin Galactic легковесный и доступный корабль, способный быстро добираться до самых отдаленных уголков Солнечной системы, является вещью, о которой пока можно только мечтать. Тем не менее, для реализации технологии, науке еще придется потрудиться.
В то же время, Шойер твердо убежден, что для того, чтобы объяснить, как работает EmDrive, не требуется никаких псевдонаучных или квантовых теорий. Наоборот, он уверен, что технология не выступает за рамки действующей модели ньютоновской механики.
В подтверждение своих слов он написал несколько статей, одна из которых сейчас находится на рецензировании. Ожидается, что документ будет опубликован в этом году.
Вместе с тем, его прошлые работы подверглись критике за некорректные и непоследовательные научные изыскания.
Несмотря на его настойчивые утверждения о том, что двигатель работает в пределах существующих законов физики, Шойер умудряется делать и несколько фантастичные предположения относительно EmDrive.
Например, он заявил, что новый двигатель работает за счет варп-поля и именно поэтому последние результаты NASA были успешными. Такие выводы привлекли массу внимания онлайн сообщества.
Однако, опять-же, на сегодняшний день нет прозрачных и открытых подтверждающих данных, и для того чтобы технологию восприняла официальная наука нужно провести еще не одно глубокое исследование.
Колин Джонсон (Colin Johnston), сотрудник Планетария Арма, написал объемную статью, в которой раскритиковал EmDrive и неубедительные результаты множества проведенных экспериментов. Кроме того, Кори С. Пауэлл (Corey S.
Powell) из Discovery, вынес свой обвинительный вердикт для двигателей EmDrive и Cannae Drive, точно также, как и для исследований NASA. Профессор математики и физики Джон С.
Баэз вообще назвал концепцию этой технологии «вздором» и его заключения отражают настроения многих ученых.
Двигатель EmDrive был воспринят многими с воодушевлением, среди них – вебсайт NASASpaceFlight.
com, где была размещена информация о последних экспериментах Eagleworks, и популярный журнал New Scientist, который написал положительный и оптимистический отзыв об электромагнитном двигателе, в котором, тем не менее, не забыл упомянуть о необходимости предоставления дополнительных фактов, обязательных для таких спорных вопросов.
Кроме того, энтузиасты со всего мира принялись строить свои модели двигателей с тягой «неизвестного происхождения», одну из интересных рабочих версий, созданную в «гаражных» условиях, предложил румынский инженер Юлиан Берка (Iulian Berca).
Прежде чем делать однозначные выводы, важно помнить о том, что физика в принципе исключает появление какой-либо тяги в EmDrive и ему подобных устройствах.
Тем не менее, действительно доказанные рабочие варианты двигателей на электромагнитных волнах могут отрыть до сих пор невиданные возможности как для космического, так и наземного транспорта и перевернуть современную науку с ног на голову.
А пока большинство ученых склонны относить EmDrive к категории научной фантастики.
Источник: digitaltrends.com
Полезные ссылки:
Официальный сайт британской компании Satellite Propulsion Research Ltd (SPR Ltd), основаной в 2001 году Роджером Шойером.EmDrive-Вики – сайт, где можно найти много информации, вплоть до инструкций по изготовлению двигателя своими руками. Сайт компании Cannae LLC, разрабатывающей космический двигатель Cannae Drive.Видео интервью с Роджером Шоуером, май 2015 года
А вы что думаете по этому поводу? Дайте нам знать – напишите в х!
Двигатель EmDrive
Но начнем по порядку
Принцип работы реактивного двигателя
Прежде всего, кратко рассмотрим принцип работы рядового двигателя ракеты. Есть три наиболее популярных типа ракетных двигателей:
Химический – наиболее распространенный тип ракетного двигателя. Его принцип работы следующий: в зависимости от агрегатного состояния топлива (твердотопливный или жидкостный двигатель) тем или иным способом окислитель смешивается с горючим, образуя топливо. После химической реакции — топливо сгорает, оставляя после себя продукты сгорания — быстро расширяющийся разогретый газ. Струя этого газа и выходит из сопла ракеты, формируя так называемое «рабочее тело», представляющее собой ту самую «огненную» струю, которую мы часто наблюдаем, например, в телепередачах или фильмах.
Ядерный – тип двигателя, в котором газ (например, водород или аммиак) нагревается в результате получения энергии от ядерных реакций (ядерный распад или синтез).
Электрический – двигатель, в котором разогревание газа происходит за счет электрической энергии. Например, термический тип такого двигателя разогревает газ (рабочее тело) при помощи нагревательного элемента, в то время как статический тип – ускоряет движение частиц газа при помощи электростатического поля.
Сборка реактивного двигателя
Корпус такого двигателя обязан состоять из неплавящегося металла.
Независимо от выбора типа двигателя, для его работы потребуется внушительный запас топлива, которое делает космический корабль значительно тяжелее и требует большей мощности от того же двигателя.
Двигатель EmDrive – что это и как работает?
В 2001-м году британский инженер Роджер Шойер предложил новый тип электрического двигателя, принцип которого в корне отличается от принципа работы перечисленных выше двигателей.
Конструкция представляет собой закрытую металлическую камеру (резонатор) в форме усеченного конуса (нечто вроде ведра с крышкой), который имеет определенный коэффициент отражения микроволнового излучения.
Подключенный к конусу магнетрон генерирует электромагнитное излучение в микроволновом диапазоне, которое поступает в резонатор и создает там так называемую стоячую волну.
За счет резонанса энергия колебания микроволн возрастает.
Как известно, свет, или электромагнитное излучение, оказывает давление на поверхность. По причине сужения камеры в одну сторону, давление микроволн на меньшее основание усеченного конуса – меньше, чем давление на большее основание.
Если рассматривать камеру как закрытую систему, то результатом описанного выше эффекта будет лишь нагрузка на материал камеры, причем на одну ее сторону – больше.
Однако, создатель концепции двигателя EmDrive утверждает, что данная система является открытой по причине предельной скорости движения электромагнитного излучения («скорость света»).
Зоны тяги, создаваемые частицами
Физический принцип действия такого двигателя не ясен в полной мере. Роджер Шойер убежден, что объяснения данной технологии возможно в рамках всем известной ньютоновской механики.
Вероятно, в силу наличия коэффициента отражения микроволнового излучения в камере, некоторая малая часть излучение выходит наружу, за пределы резонатора, что делает систему открытой. В то же время, выход излучения со стороны большего основания усеченного конуса происходит в большей степени по причине большей площади основания.
Тогда выходящее микроволновое излучение будет аналогом рабочего тела, которое и создает тягу, движущую космический корабль в обратном направлении от излучаемых микроволн.
В то же время, исследователи НАСА предполагают, что истинна действия двигателя лежит намного глубже, в квантовой механике, в общей теории относительности, согласно которой система является открытой. Максимально упростив теорию, можно сказать, что частицы могут исчезать и рождаться в замкнутом контуре пространства-времени.
Схема двигателя EmDrive
Возможность реализации двигателя подобным методом оценивали несколько научно-исследовательских организаций, в том числе и НАСА.
Результаты экспериментов
В течение 15-ти лет было проведено множество экспериментов. И хотя результаты большинства из них подтверждали работоспособность концепции двигателя, мнение независимых экспертов отличалось от мнения экспериментаторов. Главной причиной опровержения результатов экспериментов является факт неверной постановки и осуществления эксперимента.
Наконец-то за исследования двигателя EmDrive взялось американское космическое агентство, которое обладает достаточными ресурсами для создания эксперимента, способного вынести окончательный вердикт. А именно — экспериментальная лаборатория НАСА – Eagleworks, где был сконструирован прототип двигателя EmDrive.
Двигатель помещался в вакуум, где исключена какая-либо тепловая конвекция, и оказалось, что прототип действительно способен выдавать тягу. Согласно недавнему отчету НАСА, в лаборатории удалось получить тягу, имеющую коэффициент мощности 1,2±0,1 мН/кВт.
Этот показатель пока значительно ниже, нежели мощность используемых сегодня ракетных двигателей, однако примерно в сто раз выше, чем мощность фотонных двигателей и солнечных парусов.
С выходом отчета об эксперименте, вероятно, эксперимент над двигателем в земных условиях окончен. Дальнейшие эксперименты над EmDrive НАСА планирует провести в космосе.
Применение
Принцип работы EmDrive
Наличие подобного двигателя в руках человечества значительно расширяет возможности освоения космоса.
Начиная с относительно малого – EmDrive, установленный на МКС, значительно понизил бы запасы топлива на станции.
Это позволило бы продлить срок эксплуатации станции, а также в разы сократить грузовые миссии по доставке топлива. Следовательно, сократиться финансирование миссий и поддержка работоспособности станции.
Если рассмотреть рядовой геостационарный спутник, на который будет установлен данный двигатель, то масса аппарата уменьшится более чем в два раза. Подобным образом наличие EmDrive скажется и на пилотируемом космическом корабле, который будет двигаться заметно быстрее.
Если еще поработать над мощностью двигателя, то согласно расчетам, потенциал EmDrive позволяет доставить на Луну шестерых астронавтов и некоторое оборудование, после чего – вернуться на Землю – примерно за 4 часа. Аналогично полет до Марса, с подобной технологией, займет пару-тройку месяцев. Полет же до Плутона займет около двух лет. К слову, станции New Horizons потребовалось на это – 9 лет.
Подводя итоги, следует отметить, что технология EmDrive способна значительно повысить скорость космических кораблей, сэкономить на эксплуатации аппаратов, а также топливе.
Кроме того, данный двигатель позволяет человечеству осуществить те космические миссии, которые доселе были на границе возможного.
EmDrive — прорывная идея или большое надувательство?
Периодически нам присылают вопросы связанные с EmDrive – гипотетическом двигателе, который который по заявлениям его разработчиков создаёт тягу за счёт стоячих электромагнитных волн в замкнутом резонаторе. Вот, например, один из таких вопросов:
Расскажите про последние испытания EmDrive? Подтвердили или опровергли? Работоспособна ли вообще та идея?
Давайте разбираться вместе.
Появление EmDrive
Двигатель EmDrive был предложен британским инженером Роджером Шойером в 1999-м году. Одновременно Шойер выпустил несколько публикаций, в которых приводил объяснения принципа работы своего двигателя. В последующие годы Шойер провел несколько демонстраций своего двигателя, который по его заверениям создавал тягу в 0.02 и 0.1 Н.
Роджер Шойер и его прототип EmDriveРоджер Шойер и его прототип EmDrive
Благодаря широкому освещению в прессе проект Шойера вызвал интерес у учёных в разных стран. Так в разное время экспериментами связанными с EmDrive занимались учёные Китая, США, Германии, Великобритании и других стран.
Теория
Сразу возникли вопросы по поводу теоретического обоснования принципа работы двигателя. Из публикаций Шойера было ясно, что он плохо разбирается в тех разделах физики, о которых пытается рассуждать. В частности его понимание природы давления электромагнитного излучения слишком упрощено.
Также двигатель EmDrive не выбрасывает никой реактивной массы, не испускает ни излучения, ни каких-либо частиц. Проще говоря двигатель Шойера нарушает закон сохранения импульса — один из наиболее фундаментальных физических законов.
EmDrive по мысли его автора делает примерно то же, что и барон Мюнхгаузен, вытаскивающий себя за волосы из болота.EmDrive по мысли его автора делает примерно то же, что и барон Мюнхгаузен, вытаскивающий себя за волосы из болота.
Ну и наконец объяснения принципа работы двигателя в статьях Шойера противоречивы (в разных работах Шойера описание принципа работы двигателя различается) и представляют собой наукообразную белиберду.
Практика
На этом бы про двигатель EmDrive и забыли бы — в конце концов мало ли сумасшедших изобретателей «невозможных двигателей» знала история? Общее у них всегда только одно — их поделки не работают. Но внезапно в 2010-м году группа китайских учёных во главе с профессором Яном Цзюанем заявили о том, что смогли получить тягу в 0.72 Н с помощью модели двигателя Шойера.
Это подогрело интерес к двигателю. Действительно, объяснения принципов работы двигателя Шойером — полная чепуха, но история знает не один пример изобретений, которые работали не благодаря, а вопреки объяснениям их автора. Ярким примером может служить радиопередатчик Николы Теслы. Может быть Шойер случайно сам того не поняв нашел какой-то ранее неизвестный физический эффект?
Прототип EmDrive в лаборатории Eagleworks в NASAПрототип EmDrive в лаборатории Eagleworks в NASA
Учёные разных стран начали пытаться воспроизвести эксперименты Шойера и китайских учёных. Но, увы, ничего не получалось. Так учёные из NASA пытались получить тягу на двигателе EmDrive но смогли получить крайне малые не превышающие 0. 0001 Н, что граничило с погрешностью измерений. Заявленных изобретателем значений, а также значений полученных китайскими учёными достичь не удалось.
Параллельно с этим немецкие учёные в университете Дрездена также проводили эксперименты с EmDrive. Значения тяги полученные немецкими учёными оказались сопоставимы со значениями, полученными в NASA.
Кроме того был обнаружен забавный эффект: двигатель всегда создавал тягу в одном и том же направлении, даже если его разворачивали на 180 градусов. Это объясняется тем, что двигатель не удалось достаточно экранировать от магнитного поля Земли, т.е.
тяга создавалась не столько самим двигателем, сколько воздействием магнитного поля на электроды двигателя.
Прототип EmDrive представленный Роджером Шойером в 2006-м годуПрототип EmDrive представленный Роджером Шойером в 2006-м году
Что же до группы китайских учёных под руководством Яна Цзюаня, которые зарегистрировали даже большую тягу, чем заявлял изобретатель, то еще до публикаций окончательных результатов исследований как американских, так и немецких учёных они сами же опровергли свои предыдущие результаты: аномально высокая тяга былы получена из-за ошибок при регистрации результатов измерений во время экспериментов. После устранения этих ошибок результаты китайцев оказались примерно такими же как и у американцев и немцев.
Сообщения о якобы ведущихся Китаем орбитальных испытаниях EmDrive едва ли стоит воспринимать всерьёз. Единственным источником информации об этом являются публикации в британской газете Daily Mail, которая славится тем, что частенько довольно вольно обращается с фактами. Никаких публикаций или заявлений на эту тему со стороны китайских учёных не было.
Вывод
Подводя итог можно заключить, что EmDrive неработоспособен. Те небольшие значения тяги, которые регистрировались независимыми исследователями во-первых часто были неотличимы от погрешности измерений, а во-вторых могут быть легко объяснены действием магнитного поля Земли.
Самое большое надувательство в современной физике
Сам проект представляет собой либо сознательное мошенничество со стороны его автора с целью привлечения инвестиций, либо же его автор на полном серьёзе заблуждается — среди изобретателей вечных двигателей и т. п. это не редкость.
Авторы:кандидат технических наукАлександр Петров,астрофизикФёдор КарасенкоПодписывайтесь на мой канал здесь, а также на мойканал на youtube. Каждую неделю там выходят видео, где я отвечаю на вопросы о космосе, физике, футурологии и многом другом!
Вечный двигатель EmDrive: бесконечное путешествие сквозь космос
Первую статью можно прочесть здесь.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
В научном журнале Американского института аэронавтики и космонавтики вышла статья, посвященная странному и спорному устройству — двигателю EmDrive. По мнению ряда физиков, эта конструкция в принципе не может работать. Это нарушало бы фундаментальный закон природы, сохранение импульса.
Другие пытаются найти разумное объяснение того, почему EmDrive все-таки работает, или хотя бы надежные доказательства его работоспособности. Их привлекает зыбкая, но грандиозная цель — двигатель, способный превращать электричество в тягу без топлива или реактивной струи.
Или же — окончательное закрытие многолетнего спора.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Научная публикация может стать важным шагом в истории «невозможного» двигателя. Несмотря на наличие десятков экспериментальных проверок, их результаты не были опубликованы в рецензируемых журналах.
Этому мешает отсутствие теоретических основ, объясняющих работу EmDrive. К тому же многие эксперименты нельзя назвать «чистыми» — есть множество факторов, которые могут создать видимость работы двигателя.
О них мы еще поговорим, а начнем с других вопросов.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Что это такое?
Это гипотетический двигатель, предложенный британским изобретателем Роджером Шойером. Питаясь электричеством, он (по утверждению Шойера и его не слишком многочисленных сторонников) создает слабую тягу без использования рабочего тела.
На этот странный факт указывают и некоторые другие эксперименты.
Однако вопиющее нарушение закона сохранения импульса заставляет с особой тщательностью подходить к таким заявлениям — и многие эксперты указывают на ошибки в постановке опытов, которые могли создать иллюзию слабой, но существующей тяги.
Устроен чудо-двигатель просто, собрать его может любой энтузиаст, осиливший управление паяльником. Он состоит из двух основных деталей: магнетрона и резонатора. Магнетрон — это вакуумная трубка, используемая для генерации излучения в обычной микроволновке. Она состоит из полого цилиндра-анода и центрального волоска-катода.
Под действием напряжения с катода вылетают электроны и начинают двигаться по сложным траекториям внутри цилиндра, испуская микроволны. По волноводу они передаются от магнетрона в резонатор, похожий на медное ведро, закрытое крышкой. Как утверждает изобретатель двигателя Роджер Шойер, тут-то и начинается самое интересное.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
По словам Шойера, главная фишка EmDrive — это форма резонатора. Изобретатель предполагает, что из-за разницы в диаметре передней и задней стенок (как у дна ведра и его крышки) на них действуют разные по величине силы, вызванные стоячей электромагнитной волной в резонаторе.
Их равнодействующая и толкает двигатель вперед, создавая тягу, которая направлена в сторону «дна».
Впоследствии, после нескольких спорящих с этой идеей сообщений, Шойер уточнил, что реальный механизм несколько сложнее и может быть связан с проявлением эффектов специальной теории относительности (СТО).
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Что с ним не так?
В самом деле, если взглянуть на первое объяснение механизма работы двигателя, то окажется, что оно напоминает историю барона Мюнхгаузена, вытащившего себя и коня из болота за волосы. EmDrive — замкнутая система, которая ничего не выбрасывает в окружающее пространство.
Такой объект не может увеличивать свой импульс без внешних воздействий, как и Мюнхгаузен не мог увеличить свой, как бы сильно он ни тянул. Сторонники двигателя парируют эти аргументы тем, что можно допустить отталкивание резонатора от вакуумного состояния или же привлечь к объяснению СТО.
Однако физики неоднократно отмечали грубость таких оценок или отсутствие в них физического смысла.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Но все-таки суть заявлений Шойера состояла не столько в теоретических описаниях, сколько в том, что он якобы зафиксировал реальную тягу от двигателя. На своем сайте исследователь указывает величину тяги примерно в 200−230 мН/кВт — больше, чем у ионных двигателей, которые толкают космические аппараты, выбрасывая ускоренные в электрическом поле заряженные частицы.
Решив, что объяснять эту тягу — дело теоретиков, несколько групп экспериментаторов проверили EmDrive в своих лабораториях.
Такую работу проделали исследователи из китайского Северо-Западного политехнического университета и Технического университета Дрездена.
Недавно к ним присоединились и авторы статьи, вышедшей в Journal of Propulsion and Power, исследователи из подразделения NASA Eagleworks, которые традиционно занимаются наиболее спорными и «футуристическими» проектами агентства.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Есть, но маленькая?
Первые тесты дали вроде бы обнадеживающие результаты: на включенное устройство действовала некая сила.
Однако ее значение оказалось намного меньше, чем предсказанная Шойером величина, причем чем аккуратнее был поставлен эксперимент, тем меньшая регистрировалась тяга.
Но ведь дело в принципе: откуда она может вообще браться? Если не рассматривать путаных объяснений Шойера, то можно выделить несколько побочных процессов, которые теоретически могут обеспечить тягу.
Это могут быть потоки воздуха, связанные с нагревом двигателя, или тепловое расширение самой экспериментальной установки. Слабую силу способно создавать отталкивание от зарядов, «оседающих» на стенах тестовой камеры, или взаимодействие EmDrive с магнитными полями проводов, или давление излучения, покидающего резонатор.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
С потоками воздуха бороться проще всего — достаточно проводить испытания в вакууме. Такие тесты были проделаны учеными из Дрездена, которые обнаружили тягу на уровне всего 0,02−0,03 мН/кВт — на пределе погрешности измерений.
Кроме того, физики отметили, что использовали резонатор (то самое медное «ведро») с невысокой добротностью. Излучение быстро покидало его, увеличивая шансы на вклад других побочных процессов. Сотрудники NASA Eagleworks получили немного бóльшие цифры — 1,2±0,1 мН/кВт.
При этом они утверждают, что отследили все возможные источники побочных процессов.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Это много или мало?
Строго говоря, миллиньютон (мН) — это меньше, чем вес одной песчинки сахара. Но если говорить о реактивном полете в космосе, то даже тяга 1 мН, непрерывно действуя на протяжении нескольких лет, позволяет разогнать 100-килограммовый аппарат до приличных скоростей.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Можно подсчитать, что за десять лет такой зонд разгонится на 3 км/с и (с учетом стартовой второй космической скорости) преодолеет порядка 3,5 млрд км. Но если мы оценим тягу на уровне, который обещает Шойер (200 мН/кВт), то получим ускорение уже до 600 км/с и дистанцию в 660 астрономических единиц — расстояний от Солнца до Земли.
Так — слабо, но очень долго и экономно расходуя рабочее тело — действуют ионные и фотонные двигатели. Первые «выстреливают» в пространство заряженными ионами, разогнанными до десятков километров в секунду.
Их тяга может достигать 60 мН/кВт, однако они требуют использовать рабочее тело — обычно запас инертного газа.
К примеру, аппарат Dawn, который недавно завершил основную миссию по исследованию Цереры, был вынужден взять на борт 425 кг ксенона.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Фотонные двигатели обладают несравненно меньшей тягой, порядка нескольких микроньютонов на киловатт мощности лазерного излучения. Источником тяги в них выступает импульс фотонов, вылетающих в космическое пространство. Зато фотонные двигатели не требуют брать с собой ни топлива, ни рабочего тела.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
В самом конце 2016 года Китайская академия космических технологий (CAST) сообщила, что уже несколько лет проводит собственные исследования потенциальных возможностей EmDrive и его применения.
По словам одного из руководителей CAST Чэня Юэ, организация провела собственные, «многолетние и многократно повторенные» эксперименты, подтвердившие наличие у EmDrive тяги.
Использованный в Китае прототип создавал всего несколько миллиньютонов, но в ближайшее время будут разработаны новые конструкции, рассчитанные на 100 мН и больше. Возможно, они будут испытаны уже на орбите.
Нельзя забывать о пассивных двигателях, не требующих ни электроэнергии, ни топлива для своей работы, — о солнечных парусах. Тяга, которую они развивают, определяется площадью паруса и расстоянием до Солнца.
Около Земли 1 м² отражающего материала будет развивать тягу в 0,1 мН. Суммарная тяга японского экспериментального аппарата IKAROS с парусом в 200 м² достигала как раз 2 мН.
Для понимания масштаба добавим, что тяга двигателей сверхтяжелой ракеты Saturn V, отправлявшей астронавтов на Луну, составляла 34 000 000 Н.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Может, они ошибаются?
Публикация работы в рецензируемом научном журнале означает, что статья прошла проверку несколькими независимыми экспертами в соответствующей области. Эта процедура поддерживает достаточно высокий уровень статей, но даже она не позволяет избежать ошибок.
Можно вспомнить, как в 2014 году международная коллаборация BICEP опубликовала результаты своих многолетних исследований в одном из самых престижных научных журналов Physical Review Letters. Ученые утверждали, что обнаружили следы гравитационных волн при изучении реликтового излучения. Однако эта трактовка была неверной, и сенсационные результаты оказались влиянием галактической пыли.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Журнал, в котором команда Eagleworks опубликовала свою работу, может похвастаться в семь раз меньшим индексом цитирования, чем Physical Review Letters.
Поэтому существует даже мнение о том, что процедура рецензирования в нем не столь строга и могла пропустить работу, несмотря на огрехи.
Стоит отметить, что и само подразделение NASA Eagleworks — совсем небольшая лаборатория с финансированием на уровне $50 000 в год. Этого с трудом может хватить на выполнение высокоточного исследования и покупку нужного оборудования.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Работает — и ладно?
Если б стопроцентные доказательства работоспособности EmDrive существовали, они потребовали бы серьезной работы теоретиков. Но пока отсутствие объяснения — незыблемая скала, о которую разбиваются все доводы слишком больших энтузиастов «невозможного двигателя». Оно даже стало аргументом для отказа в публикации ранних статей в серьезных научных журналах.
Люди попроще любят замечать, что «работает и ладно, не обязательно же знать как». Однако такой подход может привести к неожиданным проблемам в долгосрочных космических миссиях. Например, если работа двигателя связана с магнитным полем, то он может непредсказуемо повести себя среди магнитных полей открытого космоса.
Никому не нужно, чтоб аппарат потерял свой единственный источник тяги где-нибудь на полпути к Марсу или далеким объектам пояса Койпера.
Так что к классическому требованию предъявить надежные доказательства обязательно должно прилагаться и требование объяснить все происходящее в двигателе — но пока создатели EmDrive не могут показать ни того, ни другого.
Интересно проследить, зачем профессиональные ученые работают с такими сомнительными проектами.
С одной стороны, открытие реальной тяги в EmDrive может указать на принципиально новые эффекты и долгожданную «новую физику» за границами существующих моделей.
С другой стороны, «закрыв» тягу невозможного двигателя, ученые смогут наконец разрешить давно надоевший всем спор. А по пути — создать новые сверхточные методы для исследования сверхмалых сил.
Физик: двигатель EmDrive не нарушает законов физики или вообще не работает
https://ria.ru/20170912/1503931716.html
Физик: двигатель EmDrive не нарушает законов физики или вообще не работает
Физик: двигатель EmDrive не нарушает законов физики или вообще не работает — РИА Новости, 12.09.2017
Физик: двигатель EmDrive не нарушает законов физики или вообще не работает
. Все последние заявления китайских ученых об успешном создании и испытании микроволнового ракетного двигателя EmDrive, скорее всего, основаны на ошибочных… РИА Новости, 12.09.2017
МОСКВА, 12 сен – РИА Новости. Все последние заявления китайских ученых об успешном создании и испытании микроволнового ракетного двигателя EmDrive, скорее всего, основаны на ошибочных данных, но при этом само устройство в любом случае не нарушает законов физики, считает физик Брайс Кассенти (Brice Cassenti) из университета Коннектикута (США).
«Работа EmDrive нарушает третий закон Ньютона, говорящий о том, что сила не может возникать сама по себе без взаимодействия физических тел. И действие, и противодействие являются прямым результатом работы закона сохранения импульса. Если этот закон будет нарушаться, то тогда вся современная физика, построенная на его базе, будет неправильной. Поэтому многие из нас считают, что все утверждения о работе EmDrive являются продуктом ошибочных замеров»,— заявил Кассенти, комментируя заявления китайских ученых о создании «рабочей» версии EmDrive.
8 ноября 2016, 15:47
«Утекший» отчет НАСА подтверждает работу двигателя EmDriveСтатья о проверке работы потенциально революционного микроволнового двигателя EmDrive, подготовленная специалистами НАСА, утекла в сеть и в ней ученые утверждают, что данное устройство действительно вырабатывает «постоянную» тягу.
В 2001 году американский инженер-авиаконструктор Роджер Шоер заявил о создании двигателя, который, как тогда заявили и как сегодня продолжают считать его оппоненты, нарушает все известные законы физики.
Это устройство, работающее на базе микроволнового излучения, представляет собой особую коническую камеру-резонатор, к которой подключен мощный магнетрон – источник микроволнового излучения. При определенной геометрии этого конуса, данное устройство будет загадочным образом двигаться в сторону узкой его части с крайне малой, но силой, если внутри конуса будут «гулять» микроволны.
Подобное поведение EmDrive, как сразу заявили тогда физики, является невозможным с точки зрения законов физики – подобная манера движения, при которой не тратятся ни топливо, ни вырабатывается направленный пучок излучения, противоречит закону сохранению импульса. Эту проблему можно просто представить себе таким образом – если человек сядет в коробку и начнет толкать ее противоположные стенки, то он не будет двигаться вперед, а будет шататься на месте.
21 ноября 2016, 14:14
Физик: статья про двигатель EmDrive написана «уборщицами» НАСАЧешский физик Любош Мотль полагает, что недавно «утекшая» статья о подтверждении работы революционного ракетного двигателя EmDrive содержит в себе ошибки, и что ее авторы воспользовались своими связями с НАСА для придания ей достоверности.
Тем не менее, Шоер не отказался от своей идеи, и ее через несколько лет проверил ряд физиков-профессионалов, в том числе и одна из лабораторий НАСА. Эти тесты, как писал один из изначальных скептиков, привели к неожиданным для ученых результатам – оказалось, что изобретение Шоера действительно работает. В декабре прошлого года об успешном завершении подобных испытаний заявили ученые из Китая, создавшие копию EmDrive и готовящиеся запустить ее в космос для окончательной проверки работоспособности.
Как подчеркивает Кассенти, чьи слова передает пресс-служба университета Коннектикута, и опыты китайских ученых, и результаты замеров физиков из лаборатории Иглворкс в Центре космических полетов НАСА имени Джонсона, не являются подделкой или элементарным враньем. Они действительно увидели реальные изменения в положении EmDrive, однако эти сдвиги могли произойти не из-за появления «невозможной» силы тяги, вырабатываемой двигателем Шоера, а из-за различных побочных эффектов, не учтенных при замерах.
К примеру, продолжает ученый, некоторые части EmDrive могли расшириться под действием электрических токов, возникающих внутри устройства, и это расширение могло быть воспринято приборами и экспериментаторами как свидетельство того, что двигатель действительно вырабатывает тягу. С другой стороны, он признает, что физики НАСА и, возможно, их китайские коллеги пытались ликвидировать все побочные эффекты и учитывали их существование.
21 апреля 2016, 17:42
Ученый выяснил, как работает микроволновый ракетный двигатель EmDriveФизики, вероятно, нашли правдоподобное объяснение тому, как микроволновый двигатель EmDrive, созданный инженером Роджером Шоером, вырабатывает силу тяги, несмотря на то, что для его работы не требуется ни топливо, ни направленные пучки излучения.
В целом, как он отмечает, все опыты с EmDrive указывают на существование неких любопытных физических эффектов, которые вряд ли выходят за пределы Стандартной модели физики, но которые было бы интересно изучить и объяснить. По этой причине, по мнению Кассенти, и Китай, и НАСА проводят опыты с EmDrive, а результаты этих экспериментов публикуются в рецензируемых журналах.
Даже если EmDrive работает, как считает Кассенти, он вряд ли будет нарушать существующие законы физики — скорее всего, его работа будет объясняться какими-то эффектами, укладывающимися и в выкладки Ньютона, и в общую теорию относительности, о которых мы пока не знаем.
Окончательная проверка его работоспособности, как подчеркивает ученый, будет возможна лишь в космосе, где на работу двигателя не будут влиять другие силы. В таком случае инженеры смогут точно измерить реальную силу тяги и проверить, может ли EmDrive действительно открыть дорогу для путешествий в дальний космос.
Ионные двигатели своими руками
Регистрация Вход Войти Забыли пароль? Небоскрёбы: самые интересные здания и проекты. Сетевой каталог предложил покупателям динозавра. Дело техники Научный подход Открытый космос cassini mars exploration rover Вселенная Луна МКС Марс Млечный Путь Сатурн Солнце Титан Фобос Юпитер астероиды вода на Марсе галактики жизнь вне Земли жизнь на Марсе звёзды карликовые планеты кольца Сатурна кометы космическая техника космические двигатели космический туризм космология космонавтика луны луны Сатурна метеориты планетные системы планеты протопланетные диски сверхновые сложные вещества в космосе солнечная активность суборбитальные аппараты телескопы транснептуновые объекты чёрные дыры шаттлы эволюция Солнечной системы экзопланеты Прошлая жизнь Секрет фирмы Личный опыт Здоровый интерес Жажда творчества.
Поиск данных по Вашему запросу:
Схемы, справочники, даташиты:
Прайс-листы, цены:
Обсуждения, статьи, мануалы:
Дождитесь окончания поиска во всех базах.
По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.
Содержание:
Статья о скандальном двигателе появилась в научном журнале
Ионный двигатель своими руками
Европейцы создали миниатюрный двигатель для межпланетных миссий
Миниатюрные линейные пьезоэлектрические двигатели
Россия успешно испытала антигравитационный двигатель Леонова
Португалец собрал ионный двигатель в домашних условиях. Ионный двигатель своими руками схема
Ионный двигатель NASA доставит человека на Марс за две недели
Ионный двигатель
ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: ИОННЫЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ РАЗВИЛ 145 735 КМ/Ч ! NEWS!
Статья о скандальном двигателе появилась в научном журнале
Области применения миниатюрных двигателей и приводов довольно обширны — это и приводы для измерительных устройств, таких как электронные и туннельные микроскопы, приводы манипуляторов различных сборочных роботов, а также исполнительные механизмы в технологическом оборудовании и бытовой технике.
В качестве микромоторов могут использоваться коллекторные и бесколлекторные электромагнитные микродвигатели, пьезомоторы и интегральные приводы MEMS. В статье пойдет речь о пьезоэлектрических двигателях. Взависимости от степени миниатюризации используются различные типы микромоторов. Для макроуровня, где требуется большая мощность при относительно малых размерах, применяются миниатюрные электромагнитные двигатели и соленоиды.
Для микроустройств в настоящее время широко используются интегральные приводы, созданные по MEMS-технологии. Пьезоприводы проигрывают электромагнитным двигателям по мощности, а MEMS микромоторам — по степени микроминиатюризации. Однако основное преимущество микропьезомоторов — возможность прямого позиционирования с субмикронной точностью.
Кроме того, эти приводы имеют и множество других преимуществ перед своими электромагнитными конкурентами. Электромагнитные микроэлектродвигатели коллекторные, шаговые и бесколлекторные в настоящее время достигли предела миниатюризации.
Двигатели этого типа довольно сложны и содержат сотни деталей. При дальнейшем уменьшении размеров усложняется процесс сборки, а также теряется эффективность двигателя. Для намотки катушек статора приходится использовать более тонкий провод, который имеет более высокое сопротивление. Так, при уменьшении размеров коллекторного микроэлектродвигателя до 6 мм гораздо большая часть подводимой электрической энергии преобразуется в тепло, нежели в механическую энергию.
В большинстве случаев для получения линейных приводов на базе электродвигателей необходимо применение дополнительных механических передач и редукторов, которые преобразуют вращательное движение в поступательное и обеспечивают нужную точность позиционирования. При этом возрастают размеры всего устройства в целом, а значительная часть энергии тратится на преодоление трения в механической передаче. Диаграмма, приведенная на рис. В настоящее время многими фирмами освоено серийное производство пьезомоторов.
В статье рассматривается продукция двух производителей пьезоприводов: немецкого Physik Instrumente PI и американского New Scale Technologies. Выбор фирм не случаен.
Американская фирма на данный момент производит самые маленькие в мире пьезодвигатели, а немецкая является одним из лидеров в секторе пьезоприводов для прецизионного оборудования. Производимые ею пьезомоторы имеют уникальные функциональные характеристики и пользуются заслуженной репутацией среди производителей прецизионного технологического и измерительного оборудования. Обе фирмы используют свои патентованные решения.
Принцип работы двигателей обеих фирм, а также их конструкция различны. На рис. Основа привода — муфта прямоугольного сечения с внутренней резьбой и ходовой винт червяк. На гранях металлической муфты смонтированы пьезокерамические пластины актуаторов.
При подаче двухфазных сигналов на пары пьезоэлектрических актуаторов создаются вибрационные колебания, которые передаются в массу муфты. Для более эффективного преобразования электрической энергии в механическую актуаторы работают в резонансном режиме.
Частота возбуждения зависит от размеров пьезопривода и находится в диапазоне от 40 до кГц. Механические колебания, действующие на границе двух рабочих поверхностей муфты и винта, вызывают появление сил сдавливания с поворотом типа вращения хула-хупа. Результирующая сила обеспечивает вращение червяка относительно неподвижного основания — муфты.
При движении винта и происходит преобразование вращательного движения в линейное перемещение. В зависимости от сдвига фаз управляющих сигналов можно получать вращение винта как по часовой, так и против часовой стрелки. В качестве материалов винта и муфты используются немагнитные материалы, такие как бронза, нержавеющая сталь, титан. Резьбовая пара муфта—червяк не требует смазки для работы. Пьезоприводы практически безынерционные, обеспечивают отличную приемистость движение с ускорением до 10 g , практически бесшумны в звуковом диапазоне 30 Гц — 15 кГц.
Точность позиционирования может достигаться без использования датчиков положения — благодаря тому, что движение происходит без проскальзывания при условии, что нагрузка на рабочий винт находится в рабочих пределах , и перемещение прямо пропорционально числу импульсных сигналов, приложенных к пластинам актуатора. Пьезоприводы имеют практически неограниченный срок службы, разве что со временем за счет износа винтовой передачи может быть частично потеряна точность позиционирования.
Пьезопривод может выдерживать режим блокировки движения за счет приложения сил торможения, превосходящих усилие тяги привода. В этом случае будет происходить проскальзывание без разрушения винтовой передачи. Сегодня микромоторы серии SQL признаны самыми маленькими электродвигателями в мире, которые производятся серийно. Таким образом, потребитель имеет возможность использовать набор готовых компонентов для получения своего OEM электромеханического модуля.
Микросхема драйвера привода рис. Входное напряжение 3 В. Уровни выходных напряжений формирователей — до 40 В. Один из самых больших секторов применения микроэлектроприводов — цифровые фотокамеры и видеокамеры рис. Микропривод используется в них для управления фокусировкой объектива и оптическим зумом. Привод производит смещение двух линз вдоль направляющих вверх—вниз и обеспечивает автофокусировку длина хода оптики 2 мм и зум ход перемещения линз до 8 мм.
Во всем мире насчитывается сотни миллионов людей, нуждающихся в периодических дозированных инъекциях медицинских препаратов. В этом случае следить за временем, дозами, а также проводить процедуру инъекции должен сам пациент.
Этот процесс можно значительно упростить и тем самым облегчить жизнь пациента, если создать программируемый шприц-дозатор рис. На базе пьезопривода SQL уже реализован программируемый насос-шприц для инъекций инсулина. Дозатор состоит из микроконтроллерного модуля управления, емкости с препаратом, шприца и управляемого привода. Управление дозатором осуществляется встроенным микроконтроллерным модулем с батарейным питанием. Элемент питания — литиевая батарея.
Модуль дозатора может быть встроен в одежду больного и размещен, например, в области рукава. Временные интервалы между инъекциями и дозы медикамента программируются под конкретного клиента. Активация шприцев происходит как по инициативе самого бойца, так и по команде из блока носимой электроники или же по радиоканалу из командного терминала на основании показаний датчиков при потере бойцом сознания, например, после ранения или в результате контузии.
Поскольку в пьезоприводах SQL не используются ферросплавные материалы, а также электромагнитные поля, двигатели этого типа могут использоваться для создания носимых медицинских диагностических устройств, совместимых с методом магниторезонасной томографии.
Данные приводы также не будут вносить помехи при размещении в рабочих зонах оборудования, использующего ядерный магнитный резонанс, а также вблизи электронных сканирующих микроскопов, микроскопов с фокусированием ионных потоков и т.
На базе пьезопривода могут быть созданы микронасосы для дозированной подачи жидкостей в лабораторном исследовательском оборудовании. Основные достоинства микронасоса такой конструкции — высокая точность дозирования и надежность работы. Пьезопривод подходит для создания механических устройств, работающих в условиях как высокого, так и сверхвысокого вакуума, и обеспечивающих высокую точность позиционирования рис.
Материалы привода обладают малым газовыделением в вакууме. При работе привода в режиме микроперемещений выделяется мало тепла. В частности, такие двигатели найдут широкое применение при создании новых поколений сканирующих электронных микроскопов, ионных сканирующих масс-спектрометров, а также в технологическом и тестирующем оборудовании для электронной промышленности, в оборудовании, применяемом в ускорителях частиц, таких как синхротроны. Уникальные параметры пьезопривода позволяют использовать его при очень низких температурах.
Фирмой уже выпускаются варианты исполнений приводов для коммерческих и космических применений при низких температурах. В настоящее время на базе микромоторов SQL созданы приводы для различных функциональных узлов в криогенном лабораторном оборудовании, а также механические приводы для подстройки параметров космических телескопов. Работа при низких температурах требует других частот и амплитуд сигналов для возбуждения пьезоактуаторов. Немецкая фирма Physik Instrumente PI www. Основной сектор — оборудование для нанопозиционирования и обеспечения контроля движения с высокой точностью.
Фирма является одним из ведущих производителей оборудования данного профиля. Используются уникальные запатентованные решения. За счет отсутствия смещения эти устройства обладают высокой точностью позиционирования. PILine — патентованная конструкция пьезопривода, разработанная фирмой PI. Сердцем системы является прямоугольная монолитная керамическая плата — статор, которая разделена с одной стороны на два электрода. В зависимости от направления движения, левый или правый электрод керамической платы возбуждается импульсами с частотой в десятки и сотни килогерц.
Алюминиевый фрикционный наконечник толкатель прикреплен к керамической плате. Он обеспечивает передачу движения от колеблющейся пластины статора к фрикциону каретки. Материал фрикционной полоски обеспечивает оптимальную силу трения при работе в паре с алюминиевым наконечником. Благодаря контакту с полоской фрикциона обеспечивается сдвиг подвижной части привода каретки, платформы, поворотного столика микроскопа вперед или назад.
С каждым периодом колебаний керамического статора выполняется сдвиг каретки на несколько нанометров. Движущая сила возникает из продольных колебаний пластины актуатора. Усилие привода пьезодвигателя может достигать 50 Н. Приводы PILine могут работать без обратной связи и обеспечивать разрешение 50 нм. При отсутствии сигнала наконечник толкателя прижат к полоске фрикциона и сила трения, действующая на границе между наконечником и фрикционом, обеспечивает фиксацию каретки.
Фирма PI выпускает серию линейных пьезоприводов по технологии PILine с различными функциональными параметрами. В качестве примера рассмотрим характеристики конкретной модели P рис. Модуль привода P может заменить классический привод на основе двигателя с вращающимся валом и механической передачей, а также другие линейные электромагнитные приводы.
Самофиксация каретки при останове не требует дополнительной энергии. Привод предназначен для перемещения малых объектов с высокой скоростью и точностью. При этом выдерживается высокая точность позиционирования каретки и достаточно высокий уровень силы фиксации в неподвижном состоянии.
Наличие фиксации каретки обеспечивает возможность работы привода в любых положениях и гарантирует фиксацию положения каретки после останова даже под действием нагрузки. В схеме драйвера для возбуждения пьезоактуаторов используются короткие импульсы амплитудой всего 3 В.
Схема обеспечивает автоподстройку резонансного режима под конкретные размеры керамических актуаторов. Фирма PI производит модули управления контроллеры для своих пьезоприводов. Плата управления содержит интерфейс управления, преобразователь напряжения и выходной драйвер для возбуждения пьезокерамического актуатора.
Ионный двигатель своими руками
Начальные классы. Классному руководителю. Задача освоения космоса является актуальной для всего человечества. Это необходимо для научных исследований, которые проводятся для того, чтобы узнать устройство нашего мира, изучить влияние космоса на него.
Наделавший много шума скандальный двигатель EmDrive попал на страницы научного демонстрирующих EmDrive, сделанные своими руками . Ионный двигатель не может работать постоянно, а значит.
Европейцы создали миниатюрный двигатель для межпланетных миссий
Это первая модель, для Недостатком ионного двигателя является малая тяга например разгон В американской лаборатории реактивного движения созданы ионные двигатели, Идея использования электрической энергии для получения реактивной тяги В отличие от химических реактивных двигателей, которые, сжигая Новый двигатель Ноймана является двигателем с импульсным катодом. Собирать пульсирующий реактивный двигатель особенно Синхронизирующий электромагнитный момент машины Реактивные шаговые двигатели позволяют редуцировать частоту вращения ротора. Линейные шаговые двигатели преобразуют импульсную
Миниатюрные линейные пьезоэлектрические двигатели
История с получившим скандальную известность чудо-двигателем EmDrive, якобы нарушающим известные законы природы и потому способным значительно ускорить космические перелеты, получила продолжение — статья с результатами его испытаний опубликована в рецензируемом журнале. История EmDrive началась еще в году, когда британский инженер Роджер Шойер представил общественности электромагнитный двигатель необычной конструкции. Он состоял из магнетрона — устройства, генерирующего микроволновое излучение, медного конического резонатора, напоминающего ведро, запаянное с обоих краев. По словам изобретателя, двигатель способен создавать тягу без использования реактивного выброса.
Как оказалось, чтобы самостоятельно сделать электромобиль, не нужно быть ученым.
Россия успешно испытала антигравитационный двигатель Леонова
Технология находится в процессе разработки! Ионный двигатель создает возможность разогнать космический аппарат в условиях невесомости до скоростей, недоступных сейчас никаким другим из существующих типов космических двигателей. Сущность, строение и принцип работы ионного двигателя. Схема ионного двигателя. Преимущества ионного двигателя.
Португалец собрал ионный двигатель в домашних условиях. Ионный двигатель своими руками схема
Регистрация Вход Войти Забыли пароль? Гробы: модернизация и инновации в похоронном деле. Обнародованы детали миссии следующего марсохода NASA. Дело техники Научный подход Открытый космос cassini mars exploration rover Вселенная Луна МКС Марс Млечный Путь Сатурн Солнце Титан Фобос Юпитер астероиды вода на Марсе галактики жизнь вне Земли жизнь на Марсе звёзды карликовые планеты кольца Сатурна кометы космическая техника космические двигатели космический туризм космология космонавтика луны луны Сатурна метеориты планетные системы планеты протопланетные диски сверхновые сложные вещества в космосе солнечная активность суборбитальные аппараты телескопы транснептуновые объекты чёрные дыры шаттлы эволюция Солнечной системы экзопланеты Прошлая жизнь Секрет фирмы Личный опыт Здоровый интерес Жажда творчества. Европейцы создали миниатюрный двигатель для межпланетных миссий Леонид Попов , 2 апреля Нравится 5. Он предназначен для космических аппаратов весом от 1 до килограммов. При этом малыши остаются на тех орбитах, на которые их доставила ракета-носитель.
Новый ионный двигатель ESA работает на воздухе Сверхмощный электрический ионный двигатель X3 смог продемонстрировать солнечный коллектор своими руками, пошаговая инструкция · Как экономить.
Ионный двигатель NASA доставит человека на Марс за две недели
Дебютный полет машины продлился всего двеннадцать секунд, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature. Идея создания ионного двигателя далеко не нова — первые такие мысли появлялись у советских и американских конструкторов еще в 60 годах прошлого века. Все они обладают одними и теми же преимуществами и недостатками. С одной стороны, ионные двигатели крайне экономичны, требуя мало топлива.
Ионный двигатель
ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Ионный двигатель
Log in No account? Create an account. Remember me. Facebook Twitter Google.
Спутник с электрическим двигателем, который работает на воздухе. В перспективе такие двигатели можно устанавливать на спутники, которые быстро вращаются на очень низких орбитах.
Форум космопорта Космос и все, что с ним связано Ионный двигатель своими руками На страницу Пред. Предыдущая тема :: Следующая тема. Работать будет? Дался нафик этот блин гекан.
Области применения миниатюрных двигателей и приводов довольно обширны — это и приводы для измерительных устройств, таких как электронные и туннельные микроскопы, приводы манипуляторов различных сборочных роботов, а также исполнительные механизмы в технологическом оборудовании и бытовой технике. В качестве микромоторов могут использоваться коллекторные и бесколлекторные электромагнитные микродвигатели, пьезомоторы и интегральные приводы MEMS. В статье пойдет речь о пьезоэлектрических двигателях. Взависимости от степени миниатюризации используются различные типы микромоторов.
ЭмДрайв работает! Весло, погруженное во вселенную
Физика почти на краю пропасти. В ноябре 2016 года НАСА опубликовало научный отчет об испытаниях EmDrive в лабораториях Eagleworks (1). В нем агентство подтверждает, что устройство выдает тягу, то есть работает. Проблема в том, что до сих пор неизвестно, почему он работает…
1. Лабораторная система измерения тяги двигателей EmDrive
2. Запись строки в EmDrive во время тестирования
Ученые и инженеры NASA Eagleworks Laboratories очень тщательно подошли к своим исследованиям. Они даже пытались найти какие-либо потенциальные источники ошибки — но безрезультатно. Их двигатель EmDrive создавал тягу 1,2 ± 0,1 миллиньютона на киловатт мощности (2). Этот результат ненавязчив и имеет общий КПД, во много раз меньший, чем у ионных трубок, например, двигателей Холла, но оспорить его большое преимущество трудно — он не требует никакого топлива. Поэтому нет необходимости брать с собой в возможное путешествие какой-либо топливный бак, «заряженный» его мощностью.
Исследователи уже не в первый раз доказали, что это работает. Однако никто пока не может объяснить, почему. Специалисты НАСА считают, что работу этого двигателя можно объяснить теория пилотной волны. Конечно, это не единственная гипотеза, пытающаяся объяснить загадочный источник последовательности. Для подтверждения предположений ученых потребуются дополнительные исследования. Наберитесь терпения и будьте готовы к последующим заявлениям о том, что EmDrive (3)… Это реально работает.
Дело в ускорении
Дело EmDrive за последние несколько месяцев все ускорялось и ускорялось, как настоящий ракетный двигатель. Об этом свидетельствует следующая последовательность событий:
В апреле 2015 года Хосе Родал, Джереми Малликин и Ноэль Мансон объявили о результатах своего исследования на форуме (это коммерческий сайт, несмотря на название, не связанный с НАСА). Как оказалось, они проверили работу двигателя в вакууме и устранили возможные ошибки измерений, доказав по ним принцип работы этого двигателя.
В августе 2015 года были опубликованы результаты исследования Мартина Таймара из Технического университета Дрездена. Физик сообщил, что двигатель EmDrive действительно получил тягу, но это вовсе не доказательство его работы. Цель эксперимента, проведенного Таймаром, состояла в том, чтобы проверить побочные эффекты более ранних методов, использовавшихся для проверки двигателя. Однако сам эксперимент подвергся критике за неточное проведение, ошибки измерения, а оглашенные результаты назвали «игрой в слова».
В июне 2016 года немецкий ученый и инженер Пауль Коцила объявил о краудфандинге для запуска в космос спутника под названием PocketQube.
В августе 2016 года Гвидо Фетта, основатель Cannae Inc., объявил о концепции запуска CubeSat, миниатюрного спутника, оснащенного Cannae Drive (4), то есть в вашей собственной версии EmDrive.
В октябре 2016 года Роджер Дж. Шойер, изобретатель EmDrive, получил британские и международные патенты на второе поколение своего двигателя.
14 октября 2016 года было выпущено киноинтервью с Шойером для «International Business Times UK». Он представляет, среди прочего, будущее и история разработки EmDrive, и выяснилось, что изобретением заинтересовались министерства обороны США и Великобритании, а также Пентагон, НАСА и Боинг. Шойер предоставил некоторым из этих организаций всю техническую документацию по приводу и демонстрации EmDrive, обеспечивающие тягу 8 г и 18 г. Шойер считает, что ожидается, что криогенный привод EmDrive второго поколения будет иметь тягу, эквивалентную тонне, что позволит использовать привод почти в все современные автомобили.
17 ноября 2016 года были опубликованы вышеупомянутые результаты исследований НАСА, в которых изначально была подтверждена работа силовой установки.
4. Cannae Drive на борту спутника — визуализация
17 лет и до сих пор загадка
5. Роджер Шойер с моделью своего EmDrive
Более длинное и точное название EmDrive — Резонаторный двигатель с радиочастотным резонансом. Концепция электромагнитного привода была разработана в 1999 году британским ученым, инженером Роджером Шойером, основателем компании Satellite Propulsion Research Ltd. В 2006 году он опубликовал статью об EmDrive в журнале «New Scientist» (5). Текст подвергся резкой критике со стороны ученых. По их мнению, релятивистский электромагнитный привод, основанный на представленной концепции, нарушает закон сохранения импульса, т.е. является еще одним вариантом фантазии о.
однако И китайские испытания, проведенные несколько лет назад, и те, что были проведены НАСА осенью, похоже, подтверждают, что движение с использованием давления электромагнитного излучения на поверхность и эффект отражения электромагнитной волны в коническом волноводе приводит к разности сил. и появление тяги. Эта сила, в свою очередь, может быть умножена на Lustra, размещенный на соответствующем расстоянии, кратном половине длины электромагнитной волны.
С публикацией результатов эксперимента NASA Eagleworks Lab возродилась полемика по поводу этого потенциально революционного решения. Расхождения между экспериментальными выводами и действительной научной теорией и законами физики вызвали множество крайних мнений о проведенных испытаниях. Несоответствие между оптимистичными заявлениями о прорыве в космических путешествиях и открытым отрицанием результатов исследований побудило многих глубоко задуматься над универсальными постулатами и дилеммами научного познания и ограничениями научного эксперимента.
Хотя с момента раскрытия проекта Шойером прошло более семнадцати лет, модель британского инженера не могла долго ждать надежной исследовательской проверки. Хотя эксперименты с его применением время от времени повторялись, не было принято решение их должным образом подтвердить и проверить методологию в конкретном научном исследовании. Ситуация в этом отношении изменилась после упомянутой выше публикации рецензируемых результатов эксперимента в американской лаборатории Eagleworks. Однако, помимо доказанной правомерности принятого метода исследования, с самого начала не был развеян весь спектр сомнений, фактически подорвавших доверие к самой идее.
А Ньютон?
Чтобы проиллюстрировать масштаб проблемы с принципом работы двигателя Шойера, критики стремятся сравнить автора идеи EmDrive с автовладельцем, который хочет заставить свой автомобиль двигаться, прижимаясь к его лобовому стеклу изнутри. Проиллюстрированное таким образом несоответствие фундаментальным принципам ньютоновской динамики по-прежнему рассматривается как основное возражение, которое полностью исключает доверие к замыслу британского инженера. Противников модели Шойера не убедили последовательные эксперименты, которые неожиданно показали, что двигатель EmDrive может работать эффективно.
Приходится, конечно, признать, что полученные до сих пор результаты опытов страдают отсутствием четкой содержательной базы в виде научно доказанных положений и закономерностей. Как исследователи, так и энтузиасты, доказывающие работоспособность модели электромагнитного двигателя, признают, что не нашли четко подтвержденного физического принципа, который объяснял бы его действие якобы противоречащим законам динамики Ньютона.
6. Гипотетическое распределение векторов взаимодействия в цилиндре EmDrive
Сам Шойер, однако, постулирует необходимость рассматривать свой проект на основе квантовой механики, а не классической, как в случае с обычными приводами. По его мнению, работа EmDrive основана на специфическое влияние электромагнитных волн ( 6), влияние которых не полностью отражено в принципах Ньютона. Также Шойер не приводит никаких научно проверенных и методологически проверенных доказательств.
Несмотря на все сделанные объявления и многообещающие результаты исследований, результаты эксперимента NASA Eagleworks Laboratory — это только начало длительного процесса проверки доказательств и построения научной достоверности проекта, инициированного Шойером. Если результаты исследовательских экспериментов окажутся воспроизводимыми, а работа модели подтвердится еще и в космических условиях, остается еще гораздо более серьезный вопрос для анализа. проблема согласования открытия с принципами динамики, пока неприкосновенным. Возникновение такой ситуации не должно автоматически означать отрицание действующей научной теории или фундаментальных физических законов.
Теоретически EmDrive работает, используя явление радиационного давления. Групповая скорость электромагнитной волны, а значит, и создаваемая ею сила, могут зависеть от геометрии волновода, в котором она распространяется. Согласно идее Шойера, если вы построите конический волновод таким образом, что скорость волны на одном конце значительно отличается от скорости волны на другом конце, то, отражая волну между двумя концами, вы получите разница в радиационном давлении, т. е. сила, достаточная для достижения тяги. По словам Шойера, EmDrive не нарушает законы физики, а использует теорию Эйнштейна — двигатель просто находится в другая система отсчета чем «рабочая» волна внутри него.
7. Концептуальная схема работы EmDrive
Трудно понять, как работает EmDrive, но вы знаете, из чего он состоит (7). Наиболее важной частью устройства является rezonator mikrofalowyкоторому микроволновое излучение, создаваемое микроволновая печь (микроволновая излучающая лампа, используемая как в радарах, так и в микроволновых печах). Резонатор по форме похож на усеченный металлический конус — один конец шире другого. Благодаря правильно подобранным размерам в нем резонируют электромагнитные волны определенной длины. Предполагается, что эти волны ускоряются к более широкому концу и замедляются к более узкому концу. Различие в скорости смещения волны должно приводить к различию радиационного давления, оказываемого на противоположные концы резонатора, и, таким образом, к образованию тяга, движущая транспортное средство. Эта последовательность будет действовать в направлении более широкой базы. Проблема в том, что, по мнению критиков Шойера, этот эффект компенсирует воздействие волн на боковые стенки конуса.
8. Сопло ионного двигателя
Реактивный или ракетный двигатель толкает транспортное средство (тяга), поскольку выбрасывает ускоренный газ, являющийся продуктом сгорания. Ионный двигатель, используемый в космических зондах, также выбрасывает газ (8), а в виде ускоренных в электромагнитном поле ионов. EmDrive ничего из этого не выдувает.
По словам Третий закон Ньютона всякому действию есть противоположное и равное противодействие, т. е. взаимные действия двух тел всегда равны и противоположны. Если мы прислоняемся к стене, она тоже давит на нас, хотя никуда не денется. Как он говорит принцип сохранения импульсаЕсли на систему тел не действуют внешние силы (взаимодействия), то эта система имеет постоянный импульс. Короче говоря, EmDrive не должен работать. Но это работает. По крайней мере, так показывают устройства обнаружения.
Мощности построенных до сих пор прототипов не сбивают их с ног, хотя, как мы уже упоминали, некоторые из используемых на практике ионных двигателей работают в этих микроньютоновых диапазонах. По словам Шойера, тяга в EmDrive может быть значительно увеличена за счет использования сверхпроводников.
Теория пилотной волны
Теория пилотной волны была дана исследователями НАСА как возможная научная основа для работы EmDrive. Это первая известная теория скрытых переменных, представленная Луиза де Бройль в 1927 году, позже забытый, затем заново открытый и улучшенный Дэвид Бом — сейчас называется теория де Бройля-Бома. Он лишен проблем, существующих в стандартной интерпретации квантовой механики, таких как мгновенный коллапс волновой функции и проблема измерения (известная как парадокс кота Шредингера).
это нелокальная теорияэто означает, что на движение данной частицы непосредственно влияет движение других частиц в системе. Однако эта нелокальность не позволяет передавать информацию со скоростью большей скорости света, а значит, не противоречит теории относительности. Теория пилотной волны остается одной из нескольких интерпретаций квантовой механики. До сих пор не обнаружено экспериментальных различий между предсказаниями теории пилотной волны и предсказаниями стандартной интерпретации квантовой механики.
В своей публикации 1926 г.Макс Борн предположил, что волновая функция волнового уравнения Шредингера представляет собой плотность вероятности обнаружения частицы. Именно для этой идеи де Бройль разработал теорию пилотной волны и разработал функцию пилотной волны. Первоначально он предложил подход с двойным решением, в котором квантовый объект содержит физическую волну (u-волну) в реальном пространстве, имеющую сферическую сингулярную область, которая вызывает поведение, подобное частице. В этой первоначальной форме теории исследователь не постулировал существование квантовой частицы. Позже он сформулировал теорию волны-пилота и представил ее на знаменитой Сольвеевской конференции в 1927 году. Вольфганг Паули однако он предполагал, что такая модель не будет правильной для неупругого рассеяния частиц. Де Бройль не нашел
к этому ответу и вскоре отказался от концепции пилотной волны. Он никогда не развивал свою теорию, чтобы покрыть случайность
много частиц.
В 1952 году Дэвид Бом заново открыл теорию пилотной волны. Теория де Бройля-Бома в итоге была признана правильной интерпретацией квантовой механики и представляет собой серьезную альтернативу самой популярной на сегодняшний день копенгагенской интерпретации. Важно отметить, что он лишен парадокса измерения, который мешает стандартной интерпретации квантовой механики.
Положения и импульс частиц являются скрытыми переменными в том смысле, что каждая частица имеет четко определенные координаты и импульс в каждый момент времени. Однако измерить обе эти величины одновременно невозможно, так как каждое измерение одной возмущает значение другой — в соответствии с Принцип неопределенности Гейзенберга. Набор частиц имеет соответствующую волну материи, эволюционирующую по уравнению Шрёдингера. Каждая частица следует по детерминированной траектории, управляемой пилотной волной. В совокупности плотность частиц соответствует высоте амплитуды волновой функции. Волновая функция не зависит от частиц и может существовать как пустая волновая функция.
В копенгагенской интерпретации частицы не имеют определенного местоположения, пока их не наблюдают. В волновой теории
пилотные положения частиц хорошо определены, но это имеет различные серьезные последствия для всей физики — поэтому
также эта теория не очень популярна. Однако он позволяет объяснить, как работает EmDrive.
«Если среда может передавать акустические колебания, значит, ее компоненты могут взаимодействовать и передавать импульс», — пишет исследовательская группа НАСА в ноябрьской публикации 2016 г. Работая из вакуума и, следовательно, отталкиваясь от него — при сохранении энергии и импульса, что позволяет не нарушать законы движения Ньютона».
Одним из следствий этой интерпретации, по-видимому, является то, что EmDrive будет двигаться, как бы «отталкиваясь» от Вселенной.
EmDrive не должен нарушать законы физики…
… говорит Майк МакКаллох из Плимутского университета, предлагая новую теорию, которая предполагает другой способ мышления о движении и инерции объектов с очень малыми ускорениями. Если бы он был прав, мы бы в конечном итоге назвали таинственный привод «неинерционным», потому что именно инерция, то есть инерция, преследует британского исследователя.
Инерция характерна для всех объектов, имеющих массу, реагирующих на изменение направления или на ускорение. Другими словами, массу можно рассматривать как меру инерции. Хотя это кажется нам хорошо известным понятием, сама его природа не столь очевидна. Концепция Маккаллоха основана на предположении, что инерция возникает из-за эффекта, предсказанного общей теорией относительности и называемого Унру радиацияa — излучение абсолютно черного тела, действующее на ускоряющиеся объекты. С другой стороны, можно сказать, что она растет, когда мы ускоряемся.
По поводу ЭмДрайв Концепция МакКаллоха основана на следующей мысли: если фотоны имеют какую-то массу, они должны испытывать инерцию при отражении. Однако излучение Унру в этом случае очень мало. Настолько мал, что может взаимодействовать с ближайшим окружением. В случае с EmDrive это конус дизайна «двигателя». Конус допускает излучение Унру определенной длины на более широком конце и излучение меньшей длины на более узком конце. Фотоны отражаются, поэтому их инерция в камере должна измениться. А из принципа сохранения количества движения, который, вопреки частым мнениям об EmDrive, в этой трактовке не нарушается, следует, что таким образом должна создаваться тяга.
Теория Маккаллоха, с одной стороны, устраняет проблему сохранения импульса, а с другой стороны, она находится на обочине научного мейнстрима. С научной точки зрения спорно предполагать, что фотоны обладают инерционной массой. Более того, по логике, скорость света должна меняться внутри камеры. Это довольно трудно принять физикам.
Это действительно строка?
Несмотря на вышеупомянутые положительные результаты исследования тяги EmDrive, критики по-прежнему против. Они отмечают, что, вопреки сообщениям СМИ, НАСА еще предстоит доказать, что двигатель действительно работает. Не исключено, например, со стопроцентной уверенностью экспериментальные ошибки, вызванное, в том числе, испарение материалов, составляющих части двигательной установки.
Критики утверждают, что сила электромагнитной волны в обоих направлениях на самом деле эквивалентна. Мы имеем дело с другой шириной контейнера, но это ничего не меняет, потому что микроволны, отражаясь от более широкого торца, возвращаясь, попадают не только на более узкое дно, но и на стенки. Скептики рассматривали создание легкой тяги потоком воздуха, например, но НАСА исключило это после испытаний в вакуумной камере. В то же время другие ученые смиренно приняли новые данные, ища способ осмысленно согласовать их с принципом сохранения импульса.
Некоторые сомневаются, что в этом опыте различаются удельная тяга двигателя и нагревательный эффект системы, обработанной электрическим током (9). В экспериментальной установке НАСА в цилиндр поступает очень большое количество тепловой энергии, которая может изменить распределение масс и центр тяжести, вызывая определение тяги EmDrive в измерительных устройствах.
9. Тепловые изображения системы во время тестирования
Энтузиасты EmDrive говорят, что секрет заключается, среди прочего в форме конического цилиндравот почему строка просто появляется. Скептики отвечают, что стоило бы протестировать невозможный привод с нормальным цилиндром. Ибо если бы в такой обычной, неконической конструкции имелась тяга, это подорвало бы некоторые из «мистических» утверждений об EmDrive, а также поддержало бы подозрения, что известные тепловые эффекты «невозможного двигателя» действуют в экспериментальная установка.
«Производительность» двигателя, измеренная в ходе экспериментов NASA Eagleworks, также вызывает сомнения. При использовании 40 Вт тяга измерялась на уровне 40 мкН — в пределах плюс-минус 20 мкН. Это 50% погрешность. После увеличения мощности до 60 Вт измерения производительности стали еще менее точными. Однако, даже если принять эти данные за чистую монету, новый тип привода по-прежнему производит всего лишь одну десятую силы на киловатт электроэнергии, достижимой с помощью передовых ионных двигателей, таких как NSTAR или NEXT.
Скептики призывают к дальнейшему, более тщательному и, конечно же, независимому тестированию. Они напоминают, что струна EmDrive появилась в китайских экспериментах еще в 2012 году, а после совершенствования методики эксперимента и измерений исчезла.
Проверка правды на орбите
Окончательный (?) ответ на вопрос, работает ли привод с резонансной камерой, задуман вышеупомянутым Гвидо Феттом — изобретателем варианта этой концепции, названного Канна Драйв. По его мнению, скептикам и критикам закроют рты, отправив на орбиту спутник, работающий на этом двигателе. Конечно, он закроется, если Cannae Drive действительно запустит спутник.
Зонд размером с 6 единиц CubeSat (т.е. примерно 10 × 20 × 30 см) должен быть поднят на высоту 241 км, где он будет находиться около полугода. Традиционные спутники такого размера заканчивают работу с корректирующим топливом примерно через шесть недель. EmDrive с питанием от солнечных батарей позволит снять это ограничение.
Чтобы сконструировать устройство, Cannae Inc., управляемая Fetta, Inc. основал компанию с LAI International и SpaceQuest Ltd, имея опыт работы в качестве поставщика запчастей, в т.ч. для авиации и производителя микроспутников. Если все пойдет хорошо, то Тесей, потому что так называется новое предприятие, может запустить первый микроспутник EmDrive в 2017 году.
Это не что иное, как фотоны, говорят финны.
За несколько месяцев до публикации результатов НАСА в рецензируемом журнале «AIP Advances» была опубликована статья о неоднозначном двигателе EmDrive. Его авторы, профессор физики Арто Аннила из Хельсинкского университета, доктор Эркки Колехмайнен из Университета Ювяскюля по органической химии и физик Патрик Гран из Comsol, утверждают, что EmDrive набирает тягу за счет выхода фотонов из закрытой камеры.
Профессор Аннила — известный исследователь сил природы. Он является автором почти пятидесяти работ, опубликованных в престижных журналах. Его теории нашли применение в изучении темной энергии и темной материи, эволюции, экономики и неврологии. Аннила категорично заявляет: EmDrive похож на любой другой двигатель. Берет топливо и создает тягу.
Со стороны топлива все просто и всем понятно — микроволны посылаются в двигатель. Проблема в том, что из него ничего не видно, поэтому люди думают, что двигатель не работает. Так как же из этого может выйти что-то необнаружимое? Фотоны отражаются назад и вперед в камере. Некоторые из них идут в одном направлении и с одинаковой скоростью, но их фаза смещена на 180 градусов. Поэтому, если они путешествуют в такой конфигурации, они нейтрализуют электромагнитные поля друг друга. Это похоже на волны воды, движущиеся вместе, когда одна смещена относительно другой, так что они компенсируют друг друга. Вода не уходит, она все еще там. Точно так же фотоны, несущие импульс, не исчезают, даже если они не видны в виде света. А если волны уже не обладают электромагнитными свойствами, потому что их устранили, то они не отражаются от стенок камеры и не выходят из нее. Итак, у нас есть драйв благодаря парным фотонам.
Лодка, погруженная в относительное пространство-время
Известный физик Джеймс Ф. Вудворд (10) считает, с другой стороны, что физической основой для работы нового типа движителя является так называемая засада Маха. Вудворд сформулировал нелокальную математическую теорию, основанную на принципе Маха. Однако наиболее примечательно то, что его теория поддается проверке, поскольку она предсказывает физические эффекты.
Вудворд говорит, что если плотность массы-энергии любой указанной системы изменяется со временем, масса этой системы изменяется на величину, пропорциональную второй производной изменения плотности рассматриваемой системы.
Если, например, керамический конденсатор массой 1 кг зарядить один раз положительным, иногда отрицательным напряжением, которое изменяется с частотой 10 кГц и передает мощность, например, 100 Вт — теория Вудворда предсказывает, что масса конденсатора должна измениться ± 10 миллиграмм вокруг своего исходного значения массы на частоте 20 кГц. Это предсказание было подтверждено в лаборатории и, таким образом, принцип Маха был подтвержден эмпирически.
Эрнст Мах считал, что тело движется равномерно не по отношению к абсолютному пространству, а по отношению к центру масс всех остальных тел Вселенной. Инерция тела является результатом его взаимодействия с другими телами. По мнению многих физиков, полная реализация принципа Маха доказала бы полную зависимость геометрии пространства-времени от распределения материи во Вселенной, а соответствующая ей теория была бы теорией относительного пространства-времени.
Визуально эту концепцию двигателя EmDrive можно сравнить с греблей в океане. И этот океан — Вселенная. Движение будет действовать более или менее подобно веслу, которое ныряет в воду, из которой состоит Вселенная, и отталкивается от нее. И самое интересное во всем этом то, что физика сейчас в таком состоянии, что такого рода метафоры совсем не кажутся фантастикой и поэзией.
Не только EmDrive, или космические диски будущего
Хотя двигатель Шойера дал лишь минимальный импульс, у него уже есть большое будущее в космических путешествиях, которые доставят нас на Марс и дальше. Однако это не единственная надежда на действительно быстрый и эффективный двигатель космического корабля. Вот еще несколько концепций:
Ядерный драйв. Он заключался бы в стрельбе атомными бомбами и направлении силы их взрыва «стволом» в сторону кормы корабля. Ядерные взрывы создадут ударную силу, «толкающую» корабль вперед. Невзрывным вариантом было бы использование солевого делящегося вещества, например бромида урана, растворенного в воде. Такое топливо хранится в ряду емкостей, отгороженных друг от друга слоем прочного материала, с добавлением бора, прочного
поглотитель нейтронов, препятствующий их протеканию между контейнерами. Когда мы запускаем двигатель, материал из всех контейнеров объединяется, что вызывает цепную реакцию, и раствор соли в воде превращается в плазму, которая, оставляя сопло ракеты защищенным от огромной температуры плазмы магнитным полем, дает постоянная тяга. Подсчитано, что этот метод может разогнать ракету до 6 м. км/с и даже больше. Однако при таком способе необходимы большие объемы ядерного топлива — для корабля весом в тысячу тонн это будет целых 10 XNUMX тонн. тонн урана.
Термоядерный двигатель с использованием дейтерия. Плазма с температурой около 500 миллионов градусов Цельсия, дающая тягу, представляет серьезную проблему для конструкторов, например, выпускных сопел. Однако скорость, которую теоретически можно было бы при этом достичь, близка к одной десятой скорости света, т.е. до 30 XNUMX. км/с. Однако этот вариант пока остается технически неосуществимым.
Антиматерия. Эта странная штука действительно существует — в ЦЕРН и Фермилабе нам удалось собрать около триллиона антипротонов, или один пикограмм антивещества, с помощью собирающих колец. Теоретически антиматерия может храниться в так называемых Ловушки Пеннинга, в которых магнитное поле не позволяет ему сталкиваться со стенками контейнера. Аннигиляция антиматерии обычными
с веществом, например с водородом, дает гигантскую энергию из высокоэнергетической плазмы в магнитной ловушке. Теоретически транспортное средство, работающее на энергии аннигиляции материи и антиматерии, может разогнаться до 90% скорости света. Однако на практике производство антивещества чрезвычайно сложно и дорого. Для производства данной партии требуется в десять миллионов раз больше энергии, чем она может произвести позже.
Солнечные паруса. Это концепция привода, известная уже много лет, но все еще ожидающая, хотя бы пробной, реализации. Паруса будут работать с использованием фотоэлектрического эффекта, описанного Эйнштейном. Однако их поверхность должна быть очень большой. Сам парус тоже должен быть очень тонким, чтобы конструкция не слишком много весила.
Привод . Фантисты говорят, что достаточно… искривить пространство, что фактически сокращает расстояние между транспортным средством и пунктом назначения и увеличивает расстояние позади него. Таким образом, сам пассажир перемещается лишь немного, но в «пузыре» преодолевает огромное расстояние. Как бы фантастично это ни звучало, ученые НАСА довольно серьезно экспериментировали.
с эффектами на фотоны. В 1994 году физик доктор Мигель Алькубьерре предложил научную теорию, описывающую, как может работать такой двигатель. На самом деле это был бы своего рода трюк — вместо того, чтобы двигаться быстрее скорости света, он модифицировал бы само пространство-время. К сожалению, не стоит рассчитывать на получение диска в ближайшее время. Одна из многих проблем с ним заключается в том, что кораблю, движимому таким образом, потребуется отрицательная энергия для питания. Это правда, что этот тип энергии известен теоретической физике — теоретическая модель вакуума как бесконечного моря частиц с отрицательной энергией была впервые предложена британским физиком Полом Дираком в 1930 году для объяснения существования предсказанных квантовых состояний с отрицательной энергией. по уравнению Дирака для релятивистских электронов.
В классической физике предполагается, что в природе существует только решение с положительной энергией, а решение с отрицательной энергией не имеет смысла. Однако уравнение Дирака постулирует существование процессов, в которых отрицательное решение может возникать из «нормальных» положительных частиц, и поэтому его нельзя игнорировать. Однако неизвестно, может ли отрицательная энергия быть создана в доступной нам реальности.
Есть много проблем с реализацией привода. Общение кажется одним из самых важных. Например, неизвестно, как корабль мог общаться с окружающими его областями пространства-времени, двигаясь быстрее скорости света? Это также предотвратит отключение или запуск привода.
Главная » Технологии » ЭмДрайв работает! Весло, погруженное во вселенную
На ракете с каким двигателем человек полетит к звездам?
Вопрос этот, судя по всему, является риторическим и призван просто впустую сотрясать воздух. Это если говорить о реальности полета человека к звездам, а там черт его знает, как обстоит дело с космическими полетами на самом деле. Во всяком случае если во всем верить Энштейну и классической физике, то полеты к звездам невозможны в силу той причины, что ни одно физическое тело не способно преодолеть скорость света, а летать на скорости света космические корабли не могут по множеству причин. Тем не менее, современная научная фантастика была бы очень скучна без полетов со сверхсветовой скоростью и каких только принципов сверхсветового полета не придумали писатели-фантасты. Правда, те, у кого не хватает фантазии и вооброжения, просто пишут о банальном полете в подпространстве, гиперпространстве, а в худшем случае обращаются к гипердрайву, не удосужившись описать его принцип. Ну, да, Бог с ними, с фантастами такого рода, у них и корпуса космических кораблей клепанные, а гипер двигатели имеют бьефы. Зато под катом вы найдете фантазии совершенно иного рода, а точнее разработки ученых, причем от вполне обыденных, до совершенно умопомрачительных по своей смелости и потому ошеломляющих. В общем, приятного чтения тем, кому это действительно интересно.
Независимые испытания двигателя с неизвестным принципом работы EmDrive, вроде бы подтвердившие существование его «аномальной» тяги, в очередной раз закончились крайне критическими отзывами со стороны научного сообщества. Дошло до того, что некоторые физики-теоретики предлагают вообще не рассматривать результаты эксперимента, потому что у них «нет внятного теоретического объяснения». «Лента.ру» решила разобраться и с тем, почему так получается, и с тем, какие еще необычные средства передвижения в космосе человечество придумало за свою историю.
EmDrive
Межзвездные путешествия при нынешнем состоянии технологий невозможны — говорит сама физика с ее законом сохранения импульса. Перефразируя известного персонажа, чтобы разогнать что-нибудь нужное, сперва следует выбросить в противоположном направлении что-нибудь ненужное — вроде ракетного топлива, которого не накопишь на путешествие за границы Солнечной системы.
Чтобы выйти из этого тупика, энтузиасты освоения космоса периодически анонсируют устройства вроде двигателя EmDrive — которые, как нам обещают, не нуждаются в выбросе топлива, чтобы набирать скорость. На вид гипотетический двигатель представляет собой ведро с магнетроном (генератором микроволн, как в СВЧ-печи) внутри. По утверждению изобретателей, раз микроволны не выходят из ведра, значит выброса чего-либо материального не происходит, при этом само «ведро» создает тягу, фиксируемую в экспериментах с 2002 года и по сей день. Причем один такой опыт проделали в НАСА, другой совсем недавно провел Мартин Таджмар (Martin Tajmar), глава немецкого Института аэрокосмического инжиниринга при Техническом университете в Дрездене. Оба учреждения трудно назвать прибежищем научных фриков — быть может, за аномальной тягой EmDrive что-то есть?
Их оппонентов, впрочем, это не смущает. Одни, как Шон Кэролл (Sean Carroll) из Калифорнийского технологического института, просто характеризует EmDrive словами, которые невозможно повторить в русскоязычных СМИ. Те, кто сдержаннее, высказывают ту же мысль иначе: EmDrive нарушает закон сохранения импульса. А Эрик Дэвис (Eric W. Davis) из Института продвинутых исследований в Остине (США) добавляет: даже если бы тяга действительно создавалась, но как в испытаниях обнаруживалась бы лишь десятками микроньютонов, то профессионалам, работающим в аэрокосмической отрасли, «вообще неинтересны новые методы передвижения, [. ..] порождающие тягу измеряемую лишь в микроньютонах» — слишком уж она невелика.
Здесь следует отметить, что последнее утверждение довольно рискованно. По данным упомянутых экспериментов НАСА, зарегистрированная тяга составила 0,4 ньютона на киловатт — и несмотря на то, что эта цифра действительно ничтожна, двигатель с такими параметрами доставил бы New Horizons к Плутону за полтора года, вместо десятилетия, потребовавшегося на практике. Иными словами, для действительно дальних перелетов ситуация крайне далека от «незаинтересованности».
Принцип работы EmDrive
Сложнее вопрос о том, работает ли EmDrive на самом деле, или в экспериментах «регистрируется» несуществующая тяга. Мартин Таджмар — известный «разрушитель мифов», экспериментатор, поставивший несколько «аномальных» экспериментов, найдя источники их аномалий в трудно обнаруживаемых ошибках измерения. В этот раз он привлек крутильные весы и проводил сам эксперимент в глубоком вакууме, чтобы исключить влияние конвекции воздуха. Все это не помогло убрать аномальную тягу.
Однако оппоненты не утратили своего скепсиса. Тот факт, что тяга не исчезала сразу после выключения EmDrive, может указывать на то, что речь идет о каком-то тепловом эффекте, влияющем на показания регистрирующих приборов. Следует отметить, что Таджмар в своей работе детально описывает предпринятые меры по теплозащите и магнитному экранированию, которых его критики (являющиеся физиками-теоретиками) почему-то не замечают.
Более всего смущает тезис Эрика Дэвиса о том, что работа Таджмара «не будет принята рецензируемыми журналами», только потому, что она не предлагает теоретического механизма, который мог бы объяснять наблюдавшуюся аномальную тягу. Очевидно, Дэвис в курсе того, как в XIX веке Майкельсон и Морли опубликовали в American Journal of Science описание эксперимента, также не предложив никакого внятного теоретического механизма, который мог бы объяснить его. Если бы тогда журнал стоял на позициях Дэвиса, результаты важнейшего эксперимента, вызвавшего кризис теории эфира и в конечном счете возникновение теории относительности, просто не были бы опубликованы. Эксперименты по бета-распаду в 1914-1930 годах формально и вовсе нарушали закон сохранения энергии, но трудно представить себе, как кто-то из физиков той поры говорит: «данные об этом не попадут в рецензируемые журналы, потому что не объяснены теоретически».
Прототип EmDrive, построенный немецкими физиками
Повторимся: отсутствие теоретического объяснения тяги EmDrive действительно означает, что, скорее всего, он не работает — по крайней мере, не работает так, как это описывает его создатель Роджер Шойер (Roger Shawyer). Но и позиция Дэвиса, сводящаяся к утверждению «не стоит тратить время на эксперименты, если у них нет теоретического объяснения», несомненно, необычна для ученого.
Ядерные ракеты и «лампочки»
Впрочем, не только EmDrive пытается перевести космические полеты на принципиально новые рельсы. В конце концов, самый быстрый из запущенных людьми аппаратов «Гелиос-2» с трудом преодолел рубеж в 70 километров в секунду. С такой скоростью полет к звездам займет тысячи лет, что лишает его практического смысла.
Первая серьезная попытка превысить скорость химических ракет была предпринята в американском проекте «Орион» еще в 1950-х. В его рамках предлагалось подрывать небольшие водородные бомбы метрах в ста за кормовой амортизирующей плитой космического корабля. Плиту для этого покрывали тонким слоем графитовой смазки, после взрыва испарявшейся, но не дававшей кораблю перегреться. Мы не случайно написали «покрывали»: помимо расчетов, проводились и опыты по такому взрыво-импульсному полету, хотя и с помощью обычной взрывчатки:
(Пройдя по ссылке вы увидите интересное видео)
Ключевая проблема «Ориона» очевидна: при взлете он должен был вызвать радиоактивные осадки. Конечно, его можно было собирать в космосе и отправлять лишь в дальние путешествия. По расчетам, сделанным Фрименом Дайсоном в 1960-х, беспилотный «Орион» мог достигнуть Альфа Центавра за 133 года — вот только стоил бы он несколько сот миллиардов долларов.
После сворачивания «Ориона» у ученых в США и СССР возникла другая мысль: использовать вместо термоядерных взрывов обычный ядерный реактор, нагревающий водород до 2-3 тысяч градусов. Самый эффективный двигатель такого типа, советский РД-0410 прошел испытания в Казахстане и в принципе позволял сравнительно чистый ядерный старт космического корабля с Земли. Поскольку из урана можно извлечь значительно больше энергии, чем из химтоплива, в теории такие средства разгона позволяли совершить пилотируемый полет к Марсу («Марс-94»)
Возникла и конкурирующая концепция – так называемой «ядерной лампочки». В ней активная зона реактора закрывалась кварцевой оболочкой, через которую излучение нагревало газ в рабочей зоне двигателя до 25 тысяч градусов. При такой температуре активная зона реактора излучает в ультрафиолете, для которого кварц прозрачен, что исключало его перегрев. Нагреваемый газ, увлекаемый генерируемым вихрем, в свою очередь не должен был дать перегреться оболочке двигателя. Повышение рабочей температуры на порядок резко улучшало все параметры двигателя — но при СССР дальше проработки концепции дело не ушло, а после он и вовсе потерял какие-либо перспективы на финансирование.
«Ядерная лампочка»
Тем не менее, ядерная лампочка выглядит весьма реалистичным проектом, позволяющим добиться высоких скоростей для массивных космических кораблей на базе уже существующих технологий. Увы, ее тяга хороша для быстрых межпланетных путешествий, но слабовата для межзвездных перелетов.
Полеты без топлива
150 лет тому назад, после описания Максвеллом природы света, Жюль Верн предположил, что для межзвездных путешествий лучше всего подойдет парус, отражающий свет — тогда вместо топлива корабль будут разгонять фотоны. По прибытии в систему ближайшей звезды тот же парус затормозит его, так же без топлива.
Технически проект ограничен одним фактором: корабль со скоростью, близкой к световой, должен иметь паруса в десятки квадратных километров, массой не более 0,1 грамма на квадратный метр, что чрезвычайно трудно реализовать на практике.
Но еще в 1970-х годах был предложен так называемый лазерный парус: отражатель куда меньших размеров, разгоняемый лазерным излучателем с околоземной орбиты. Многие годы лазеры требуемой мощности просто не удавалось построить. Однако несколько лет назад Филип Лубин (Philip Lubin) из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (США) предложил вместо них создать группы из множества более мелких излучателей, действующих по принципу фазированной антенной решетки, с итоговой мощностью, ограниченной лишь их числом. В рамках его концепта DESTAR-6 разгон космического зонда массой 10 тонн до околосветовой скорости может быть осуществлен в пределах Солнечной системы — до 30 астрономических единиц от Солнца (дальше проблемы с фокусировкой лазеров не дадут разгонять корабль).
Система DESTAR
Конечно, DESTAR-6 должна быть огромной группировкой. Каждый из ее элементов по проекту Лубина должен питаться от солнечных батарей, из-за чего общие размеры такой группы — тысяча на тысячу километров. При сегодняшних ценах вывода грузов на орбиту, это те же сотни миллиардов долларов, что и для проектов типа «Ориона».
Поэтому летом 2015 года Лубин предложил использовать зонды минимальной массы: полупроводниковые пластины больших размеров, на которых предлагается расположить все необходимые зонду электронные и оптические компоненты. Их будет достаточно, чтобы делать снимки в оптическом диапазоне, обрабатывать и отправлять их на Землю, используя для этого энергию солнечных батарей с лицевой поверхности пластин. Толщина пластин может быть такой же, как у современных кремниевых подложек — менее миллиметра. Уменьшив массу зонда до десятка килограмм, можно будет доставить зонд к Альфа Центавра всего за 20 лет (0,2 скорости света). Размеры разгоняющей группировки спутников с лазерами на борту при этом могут быть уменьшены до 33 на 33 километра. Конечно, снимки на нем не смогут быть идеальными, да и затормозиться там зонду не удастся, из-за чего первая миссия к звездам будет напоминать пролет New Horizons возле Плутона. Впрочем, на фоне наших нынешних знаний о системе Альфа Центавра и это было бы манной небесной.
Новый проект Лубина
Сверхсветовое перемещение?
Все предложенные выше варианты требуют как минимум десятков лет ожидания. Нет ли более быстрого способа? В первой половине 90-х годов этот вопрос пришел в голову мексиканскому физику Мигелю Алькуберре (Miguel Alcubierre). Если окажется возможным получить отрицательную массу/энергию, ее можно использовать для создания «пузыря», сжимающего пространство прямо перед собой и расширяющего его позади себя, предположил ученый. Идея была чисто теоретической и даже фантастической. Даже при существовании отрицательной энергии, перемещение пузыря диаметром в 200 метров потребует энергии, эквивалентной массе Юпитера. Однако в последние несколько лет были предложены модификации его идеи, в которой «пузырь» заменили на тор, а отрицательная энергия оказалась и вовсе ненужной. В этом случае расчеты показывают необходимость в энергии, содержащейся всего в сотнях килограммов массы.
Схематическое изображение путешествия с помощью пузыря Алькуберре
Чтобы проверить возможность такого искривления пространства-времени, которое в теории может вести к сверхсветовому перемещению, сотрудник НАСА Гарольд Уайт модифицировал интерферометр Майкельсона-Морли, сравнивая параметры двух половин расщепленного лазерного луча, одну из которых он подвергает воздействию, теоретически способному искривлять пространство. В 2013 году в таком эксперименте были получены признаки искривления пространства — причем безо всякой материи с отрицательной массой. Увы, результаты не были окончательными: слишком много помех действует на интерферометр, чувствительность которого требуется существенно повысить.
И кстати об EmDrive: чтобы найти объяснение аномальной тяге, создаваемой «ведром», группа Уайта провела эксперимент с резонирующей полостью EmDrive, пропуская через нее лазерный луч своего интерферометра. Исследователи заявили, что луч в ряде случаев определенно проходил через полость за разное время. Сам Уайт склонен трактовать это как признак того, что по каким-то причинам внутри полости существуют слабые искривления пространства, что может быть как-то связано с аномальной тягой EmDrive.
Выхода нет?
Любой двигатель, к разработке которого не предпринимают никаких шагов, является невозможным. Первый автомобиль с двигателем внутреннего сгорания поехал еще в 1807 году, однако отсутствие интереса к изобретению (и целому ряду ему подобных), привело к тому, что большинство населения Земли считает изобретателем автомобиля то ли Форда, то ли Даймлера. Сходная история случилась с паровым двигателем и турбиной, все компоненты которых были изготовлены еще во времена Римской империи. Если мы будем считать межзвездные путешествия невозможными, они несомненно останутся таковыми.
И все же надежда есть. Достаточно безопасные ядерные ракетные двигатели испытывались еще десятилетия назад, они, как и технологии лазерного паруса, вполне реальны уже сегодня — было бы желание за них взяться. Возможно, нам повезет и физики откроют новые явления, которые позволят повторить историю открытия ядерной энергии. Когда Эйнштейн в 1934 году сообщал миру, что «нет ни малейших признаков, что атомную энергию когда-либо удастся использовать», Лео Силлард как раз разрабатывал концепцию цепной ядерной реакции, а до запуска основанного на ней атомного реактора оставалось всего восемь лет.
Александр Березин
Автомобильный портал. Ремонт и обслуживание. Двигатель. Трансмиссия. Прокачка
Это уже трудно скрывать даже наса: нибиру?
Экстрасенсы кто умный и правильно предсказывает
Уголь интересные факты для детей
Цру рассекретили документы об нло, сгибателе ложек и советских анекдотах
Серые пришельцы обманули американского президента
Советы от ясновидящей Раисы Рык!
«Черный рыцарь» уничтожен «Иллюминатами
Поселок Оймякон в Якутии (Россия)– Северный полюс холода России и земли: фото, видео, Оймякон на карте Где расположен оймякон
Случаи вселения демонов в человека
Законы космоса: Кто присвоит себе Луну и Марс Кто создал марс
Сколько вселенных существует?
После смерти люди воскресают в параллельных мирах Как понять что человек чувствует параллельный мир
Нападение инопланетян обещают уже к концу года (3 фото)
Коста рика крокодил и человек
Почему в современной науке свирепствует эпидемия лжи Наука как орудие подавления
Ученые NASA: Наше Солнце рождает новые планеты Солнце рождает новые планеты
Объяснения эпидемиологов десяти казней египетских Прожорливая казнь египетская
Молодые люди, перевернувшие историю Самый молодой генерал майор
Сходства и отличия комет метеоров астероидов звезд
Когда можно начинать покупать арбузы Когда не опасно покупать арбузы
Джейми Дорнан: биография, личная жизнь, семья, жена, дети — фото Джейми дорнан личная жизнь жена
Все мужчины Ксении Собчак: оппозиционер, миллионер, актер и другие Бизнес и банковская сфера
«Пятьдесят оттенков»: как выглядит и чем занимается жена звезды фильма Джейми Дорнана
Брэд Питт бросит Анджелину Джоли из-за Селены Гомес?
Новое интервью Зейна Малика
Самые сексуальные сцены из первого сезона Сцены елены и деймона
Диета и упражнения селены гомес Рацион Селены Гомес в течение дня
Близкие виктории карасевой переживают из-за того, что она перестала выходить из дома
Джиджи Хадид: тренировки для аппетитных форм
Самые сексуальные сцены из первого сезона Как снимали постельные сцены в дневниках вампира
Секреты красоты селены гомес В чем заключается методика похудения Селены Гомес
Маколей калкин наркозависимость: маколей калкин не собирается мириться с умирающим отцом
Слезы невесты спасли свадьбу
Уже не до смеха: почему идеальному с виду браку Блейк Лайвли и Райана Рейнольдса предрекают неминуемый крах Райан гослинг и блейк лайвли
Регина Тодоренко оказалась на грани увольнения из шоу «Орел и решка
Актрисы «Секса в большом городе»: кто и какие процедуры красоты делает
Дэниел Крейг (Daniel Craig) и Рэйчел Вайс Рейчел вайс и дэниел крейг свадьба
Джессика симпсон поделилась простым секретом стройной фигуры после родов Джессика симпсон после родов
Сколько лет Елене Летучей: ее биография и личная жизнь Елена Летучая на телевидении
Ликер Самбука — пьем с огоньком
Лекарства для устранения вздутия живота у новорожденных
Грудной остеохондроз признаки симптомы и лечение
Платья длинные сзади: модели, как подобрать по фигуре
Как полечить печень в домашних условиях
Как завоевать мужчину Рыбы – советы
Как сделать новогоднее украшение — сосульку из фольги?
Включение в рацион яиц при грудном вскармливании
Повышенный холестерин: о чем это говорит, и что надо делать?
Применение сенаде в период лактации
Энергетика имени: как отчество влияет на судьбу и родовую программу
Сколько калорий на самом деле можно сжечь во время секса?
Как познакомиться с богатой женщиной в интернете Богатые женщины ищут молодых парней
Почему возникает слабость в ногах
Можно ли есть семечки беременным и кормящим: чем они вредны и чем полезны
Планирование беременности после прижигания эрозии: особенности
Перевязка маточных труб — плюсы и минусы, последствия
Лечение диатеза на щеках у ребенка
Как принять свою неидеальную внешность?
Любовь и закон: особенности брачного законодательства Франции
Как гадать на Андрея: самые необычные методы гадания и разрешает ли церковь предсказывать себе будущее
Артемий Троицкий: «В мире нет идеальных мест для жизни
Анализ произведения «Пиковая дама» (А
Драконы достигнут успеха в год желтой собаки Сведения для женщины
Год Собаки по Восточному гороскопу: какие люди
Некролог валерию брюсову
Сербские мужчины и их семьи
Гражданский брак во франции
И я отправилась на встречу всех времен и народов Мужчины предпочитают новое
Характеристика Самсона Вырина из повести «Станционный смотритель»А
Смысл названия поэмы «Мертвые души
В чем смысл рассказа о любви
Какие легинсы подойдут полным девушкам
Достопримечательности Уэльса: что посмотреть и чем заняться
Биография Маяковского: самое главное и интересное
Хочется выть Выписка из роддома и «трехдневная печаль»
Характеристика героев по произведению Джонатана Свифта «Путешествия Гулливера»: Лемюэль Гулливер Темы и проблемы
Значение слова образованность Педагогический терминологический словарь
Купероз, или почему у алкоголиков красный нос (лицо)?
Общие сведения о плутоне
Служба приема и размещения Приём «Референтная группа»
Московские политехнические колледжи: специальности и отзывы Перечень профессий изучаемых в политехническом техникуме
Почему люди видят звуки и чувствуют на вкус слова?
Синестезия: что это такое и что с ней делать?
Как работает подсолнечник?
Воздержание: какая в нем польза для спортсменов Воздержание и уровень тестостерона в крови
Рыба с фермы: правда и мифы
Как снять стресс и нервное напряжение
Очевидные и невероятные последствия малоподвижного образа жизни
Биогаз: основы производства Синтез газ из биогаза
Специальность «Правоохранительная деятельность»: кем можно работать?
Возможен ли «gap year» в России?
Анатомия коленного сустава и связок: строение на фото
Как работает красная одежда?
Анатомия коленного сустава
Автомат Калашникова: история создания, технические характеристики
Как определить, есть ли сглаз или порча
Сонник Ванги: толкование снов бесплатно
Стрелец — гороскоп на сентябрь
Стрелец — гороскоп на сентябрь
Карта судьбы по дате рождения таро
Паж Кубков – значение карты Таро
Гадание онлайн бесплатно на кубиках — Что он обо мне думает?
Здоровье Водолеев в год Желтой Собаки
Гадание онлайн бесплатно на кубиках — Что он обо мне думает?
Гадание по кругу Мишеля Нострадамуса
Гадание по кругу Мишеля Нострадамуса
Как снять сглаз святой водой в домашних условиях Наговорить на воду от сглаза
Король Пентаклей: значение и толкование карты Таро Совет карты таро король пентаклей
Совместимость: женщина-Весы и мужчина-Скорпион
Гороскоп сентябрь весы любовь из прошлого
Применение настроя сытина Что можно пить при диабете от температуры
«Кока-кола лайт»: калорийность, полезные свойства, польза и вред
Декор предметов Новый год «365 предсказаний на новый год» Банки стеклянные Бумага Бусины Пайетки стразы Сутаж тесьма шнур Записки с предсказания на день рождения
Пожелания в китайские печенья Какие предсказание можно написать маме
«Кока-кола лайт»: калорийность, полезные свойства, польза и вред Есть ли калории в пепси лайт
Какая маска для волос с яйцом спасет твои локоны?
Что такое гликемический индекс продуктов питания?
Достоинства месяца раджаб и деяния в нём Раза в месяц раджаб
Как нарастить мышечную массу в домашних условиях?
Лучшие сорта и виды шоколада Шоколадки всех видов
Верующие братья принимаются за дело
Маски для лечения волос с мумие– красота от природы Маска для волос мумие и репейное масло
Витамины для восстановления гормонального фона Фолиевая кислота нормализует гормональный дисбаланс
Напутственное слово паломникам
Есть ли жизнь без соли: бессолевая диета — а стоит ли так страдать для похудения и здоровья?
Приметы на ночь — что можно и нельзя делать вечером
Как быстро похудеть в домашних условиях
Можно и в домашних условиях вес нам набрать – Если рекомендации соблюдать Лучшие советы как набрать вес
Святые отцы об аде и адских муках Что ждет грешника в аду
Как возместить пропущенные намазы?
Как прибавить в весе? Как быстро поправиться? Как поправиться в домашних условиях. Как побыстрее поправиться в весе: рекомендации Как набрать вес худому в домашних условиях
Магриб по счету какой намаз
Наука и религия – кто кого?
Самое первое откровение, ниспосланное Мухаммаду (ﷺ) Когда был ниспослан коран
Катание на велосипеде, как средство для похудения: основные правила
Тархун трава: описание, свойства, посадка и уход
О кулинарных и лечебных свойствах тимьяна: чем он лучше других пряностей и кому противопоказан?
Похудение на диете магги Диета магги тосты из какого хлеба
Как сделать икры на ногах тоньше упражнения
А со здоровьем как у вас
Скипидарные ванны для похудения
Жиросжигающие коктейли Какой сок самый полезный для похудения
Верошпирон при сердечной недостаточности
Льняное масло: польза и вред, калорийность
Гормональные таблетки для похудения
Массаж живота для похудения — виды и техники, польза, показания и противопоказания
Антицеллюлитная диета: питание и отзывы Диета чтобы ушел целлюлит
Таблетки для похудения XL-S – сила растений для стройности фигуры: свойства препарата, схема применения, отзывы медиков Средство для похудения xls
Как употреблять мочегонный чай для похудения
Супер диета для похудения Как худеть с помощью быстрых диет правильно
Билеты на концерт денис майданов Майданов в кремле
Кальмары: польза и вред для здоровья человека, щупальца, копченые кальмары
Чай с молоком для похудения, правила проведения разгрузочных дней Похудение на молоке с чаем
Витамины и полезные вещества в молоке – сколько молока в сутки нужно пить?
Кукурузные хлопья — больше пользы или вреда для организма?
Гомеопатия — универсальный метод похудения Гомеопатия похудеть
Употребление в пищу мяса курицы удк
Мотивация персонала в организации: теория и практика
Что такое. Нонконформист – кто это. Что такое нонконформизм Кто такие нонконформисты
Творческая деятельность: значение, виды
Психологический перенос и техника работы с ним Трансфер психоанализ
Экзальтированных дам. Что такое экзальтация. Что делать, если экзальтация дошла и до вас
Стратегии поведения в конфликте То необходимо выявить при определении целей оппонента
Характеристика представления, виды представлений Представление как психический процесс кратко
Религиозный фанатизм — угроза обществу и отдельной личности
Методика работы групп встреч
Индивидуальное и типичное в характере Почему снятся ушедшие из жизни люди
Польза и вред воздержания для мужчин
Вред и польза полового воздержания
Юлия Самойлова: биография и личная жизнь певицы Чем сейчас занимается юлия самойлова
Парад победы Дни репетиции парада в году
Событие, изменившее ход войны Мероприятия к 75 летию начала сталинградской битвы
Различные датчики выполняют различные количественные измерения и конвертируют физические показатели в сигналы, которые распознает мобильное устройство
Samsung Galaxy Grand Neo — фото, цены и отзывы Смартфоны имеют одну или несколько фронтальных камер различного дизайна — pop-up камера, поворотная камера, вырез или дырка в дисплее, камера по
Alcatel OneTouch Idol Mini — Технические характеристики
Обзор и тестирование смартфона ALCATEL ONETOUCH IDOL MINI
Игры агарио лол 2. Портал онлайн игр BOOM. Вместе играть в Агарио веселее
Игры красная машинка вилли
Изучаем умные часы кнопка жизни для детей Кнопка 911 часы
Загрузка музыки в iPhone с помощью iTunes Как с компьютера айтюнса на айфон
Обзор Jawbone UP24: теперь и с Bluetooth
Обзор HTC Desire X: повторение пройденного SIM-карта используется в мобильных устройствах для сохранения данных, удостоверяющих аутентичность абонентов мобильных услуг
Игра «Гравити фолс на двоих Гравити фолз на двоих
Обзор портативной колонки JBL GO
Игры фредди Пиццерия фредди 5 часть
ворчливый обзор ОС и программное обеспечение
Обзор портативной колонки JBL GO
Беспроводная акустика JBL GO: отзывы покупателей
Огонь и Вода: Панды Игры на двоих приключения двух панд огонь и вода 2
Играть в супер икс ио. Портал онлайн игр BOOM. Онлайн игры уже в твоём доме
Игра «Шахматы для начинающих Правильная игра в шахматы
Игры майн блокс Чарующее обаяние творчества
Бакуган Новая Вестроя (Описание персонажей) Бакуган герои
Игры пони искорка Игры для девочек май литл пони искорка
Опыт прочтения: «Мастер и Маргарита» – свящ
Правильная диета для сушки тела: меню на неделю для женщин Сушка тела для девушек по дням
Анализ «сна пискарева» в произведении гоголя «невский проспект»
Пересказ произведения «Нос» Гоголя Н
Пересказ произведения «Нос» Гоголя Н
Лен формула химическая. Чудотворное семя льна. Приготовление отвара из семян льна
Дуэль Ленского с Онегиным (Анализ эпизода из шестой главы романа А
Анализ пьессы «Утиная охота» Вампилова А
Александр вампилов — утиная охота Утиная охота в кратце
Сатирическое изображение помещиков в поэме Н
Сочинение: Сатирическое изображение помещиков в поэме Некрасова Кому на Руси жить хорошо
Цветотерапия, здоровье и красота
Помогает ли чернослив для похудения — раскрываем все секреты
Женские зимние сапоги – модные тенденции
Масло зародышей пшеницы – полезные свойства и применение для красоты и здоровья Масло зародышей пшеницы в косметике
Гребной тренажер: инструкция по применению Гребной тренажер польза для женщин
Модные зимние женские сапоги
Мальчик — знак зодиака Рыбы
Частоты и стандарты сотовой связи используемые в россии
Как обрабатывать и редактировать файлы RAW
Обработка RAW: как выжать максимум из фотографий
Простая электронно-цифровая подпись
Проводная СКС или беспроводная сеть?
Проводная и беспроводная связь
SLA — Service Level AgreementСоглашение об уровне качества
Что такое голосовая почта в телефоне и для чего она нужна
Практические советы по созданию RAID-массивов на домашних ПК
Работа с RAW: рецепты приготовления «сырых» фотоснимков
Высокая скорость беспроводной сети
Как правильно называется флешка
Компьютерные технологии и прогнозирование
Что такое флеш диск usb. Как работает флешка
Что такое флеш накопитель в компьютере
На что обратить внимание при покупке игрового компьютера
Черепичная магнитная запись Seagate SMR: преодоление ограничений емкости
Элементы дисковых подсистем серверов
Тестирование жестких дисков для ноутбуков с интерфейсом SATA
Настройка фильтрации спама в The Bat
Влияние вида ip-адреса и решение проблем
Калий в продуктах питания – список продуктов богатых калием
Сколько калорий содержится в брокколи?
Калорийность Капуста белокочанная свежая
Программа тренировок после 40
Смартфон «Самсунг А5»: отзывы и характеристики
Можно ли есть консервированный горошек при похудении, полезные диетические блюда Сколько калорий в консервированном зеленом горошке
Химический состав и пищевая ценность
Чем полезна цветная капуста Цветная капуста ккал
Рис это углевод или белок Рис для похудения
Почему греется Самсунг Галакси и быстро садится батарея?
Подключение телевизора к компьютеру Что такое allshare
Полезные свойства фисташек для человека Фисташки орехи калорийность на 100 грамм
Гранат польза и вред для здоровья
Пятидневный сплит в бодибилдинге
Протеиновая диета: особенности, меню, мнение врача Спортивные протеиновые добавки
Гранат польза сжигает ли калории
Почему разряжается телефон
В чем содержится йод, в каких продуктах его больше всего?
Процессоры Qualcomm snapdragon 820 сравнение
Один из лучших способов похудения — протеиновая диета Спортивное питание протеины протеиновые добавки
Мужской взгляд: мускулистые женщины — это красиво?
Калькулятор расчета калорий для похудения или набора массы (калькулятор похудения)
Петр Вайль, Александр Генис Родная речь
Прокрастинация — феномен откладывания дел «на потом» Человек который делает все последний момент
Что делать, если делать ничего не хочется?
Биоэнергетический анализ лоуэна
Атихифобия Или Страх Неудачи – Чем Грозит и Как Лечить
Физиогномика: определение характера по чертам лица
Почему не хочется ничего делать?
Как внушить человеку что либо?
Почему умные женщины влюбляются в нарциссов, психопатов и социопатов
Что такое мюсли и чем они полезны
Аптечные препараты для повышения эффективности тренировок Депрессии, подавленность психического состояния
Интересный тест зигмунда фрейда Тест зигмунда фрейда проверь себя
Верно ли утверждение, что нельзя никому доверять?
Странный выбор бога Избранные богом люди что значит
Как узнать, что ты не человек?
Избавляем нашу жизнь от ненужных людей
Зачем нам эта психология?
Стратегия игры в мафию. Тактики игры за мафию. Тактики от гевары
Гуманистическая и экзистенциальная психология
Как быть позитивным легким в общении человеком
(6 фото) Я просто хочу показать свое красивое спортивное тело
Суета — это отсутствие доброй цели Как избавиться от суеты сует
Теория сравнительных преимуществ
Эпоха великих реформ в России (60-е годы XIX века)
Этика делового общения Образец правил делового общения на предприятии
Классические теории внешней торговли
Россия во второй половине XIX века
Нэп кратко — новая экономическая политика
Доходы будущих периодов — это что такое?
Функции группы Методы эмпирического исследования
Эпоха великих реформ в России (60-е годы XIX века)
Виды денежных потоков организации: важность их анализа и управления Количество денежных потоков на предприятии
Анализ денежных потоков и платежеспособности компании Денежные потоки предприятия их реализация как денег
Налоговые вычеты на детей: кому полагается и как получить
Объект, предмет, цели и задачи психологии управления
Новая экономическая политика (НЭП) кратко
Период экономического спада – это что такое?
Краткая биография Петра I
Внешняя политика во второй половине XVII века Войны XVIII века
Понятие уровня жизни населения (уж) Система показателей качества жизни населения
Империализм, общие черты империализма в Европе и Америке
Маржинальная прибыль на единицу продукции Маржинальная рентабельность формула расчета
Три возможных пути россии
Предмет и функции социальной философии
Куриные сердечки с картошкой
Диетическая творожная запеканка с яблоками: рецепты Диетическая творожная запеканка с овсяной мукой
Малиновый сорбет Рецепт щербета из малины со сливками
Заливной пирог на сметане с капустой и зеленым луком
Бодифлекс для живота — дыхательная гимнастика для быстрого похудения
Пирожки с повидлом в духовке
Знаменитый чешский Pilsner
Десерты из яблок — три вкусных и простых рецепта
Рецепты салатов «Париж» и «Огни Парижа Салат огни парижа со свеклой
Овсяное печенье в домашних условиях: рецепты
Жареные пирожки с повидлом
Вариации для мультиварки на тему диетического омлета
Как сварить золотистый рассыпчатый рис
Салаты с копченостями: рецепты
Нежное и воздушное мясо – бывает и такое, если из индейки сделать суфле
Как варить рис: основные правила и секреты
Пошаговый рецепт приготовления пирожков с повидлом
Приготовить омлет в мультиварке
Кудрявый суп с яйцом: рецепт с фото из детства
Салат с колбасным сыром и морковью
Как приготовить суп с яйцом — варианты рецептов
Заливные пироги с капустой, картошкой, на кефире, и в мультиварке
Готовые шаблоны для портфолио школьника скачать бесплатно Страницы для портфолио школьника шаблоны
Опыты связанные с космосом для дошкольников
Индийская сказка о четырех глухих — Владимир Одоевский
Педагогическое мероприятие с детьми на тему: «Космические эксперименты» (подготовительная группа)
Картотека дидактических игр о зиме Дидактические игры тема зима старшая группа
Григорьев внеурочная деятельность школьников
Рассказ о занятии спортом в детском саду
Надписи для внутреннего оформления открыток 8 марта
Расчет геометрических фигур Название цветов и геометрических фигур
Русская народная сказка
Природа и рукотворный мир
Как потомки сотрудников нквд оценивают деятельность своих родственников
Лицевой летописный свод В чем заключается важность данного события
Лицевой Летописный Свод царя Ивана Грозного — Источник правды Лицевой летописный свод XVI века
Как правильно читать псалтырь дома о здравии и об усопших
Басня кошка и соловей — крылов иван андреевич
Александр Проханов: биография, личная жизнь, фото, книги и журналистика Публицист андрей фефелов биография
Литературная игра — викторина по сказкам в начальной школе Сказка с главным героем петух
Лицевой свод Ивана IV Лицевой летописный свод
Лицевой свод — царь-книга русской истории Лицевой летописный свод — источник правды
Порядок чтения псалтири по усопшим
Александр проханов — биография, информация, личная жизнь Андрей фефелов биография семья
Расширение файла PLS Что необходимо для конвертации PLS файла в PDF файл или как можно создать PDF версию Вашего PLS файла
Открываем любые файлы Близко, но не совсем
Чем открыть файл. ASX? Открытие ASX файлов Расширение asx
Расширение файла DBD Файл dbd
Что такое расширение файла FRM?
Обзор лучших RSS-ридеров для чтения лент новостей Лучшая rss читалка
Как открыть файл SWF на компьютере: лучшие программы Страница Последнее обновление
Чем открыть файл.SMF? Как преобразовать SMF файл в PDF файл Smf как открыть
Страница Последнее обновление
Программа для построения семейного древа My Family Tree My family программа генеалогическое древо торрент
Чем открыть файл VCF на компьютере?
Idc портал файлы. Чем открыть файл.IDC? Лучшие операционные системы
Основные возможности Paragon Backup & Recovery
Расширение файла JAD Jad файл чем открыть
Установка и настройка IPTV Player – удобный способ просмотра телевидения на ПК
Файл toc. Как открыть файл.toc? Альтернативный способ того, как преобразовать TOC файл в PDF файл
Что такое расширение файла SIG?
Старые версии Google Chrome и CoolNovo Firefox требуется процессор с поддержкой sse2
Поддерживаемые форматы файлов
DipTrace Программа для печатных плат Расширение dip
Что такое расширение файла DCH?
Всё для занятия ломографией Развитие фототехники для ломографии
Луна и Земля – движение Луны Луна максимально близко к земле
В каком году был основан чернобыль
Скачать Тесты по психологии на андроид v
Странные болезни, которые ученые до сих пор не могут понять
Душа выходит из тела Покидание души из тела возможность
К чему снятся разноцветные тюльпаны по соннику
Как сделать гомункула: из яйца, без семени, по старинному методу?
Как носить нательный крестик
К чему снится отрезать голову — толкование сна по сонникам
Что значит, во сне драться или бить кого-то?
К северо-западным рубежам Подать требы в монастырь
Самые массивные объекты во вселенной
Приложения с неправильными глаголами
Текстуры для Minecraft PE
Как вычислить площадь фигуры
Как вычислить и обозначить площадь
Что такое Facebook Lite Преимущества использования Facebook Lite
Ежегодный цикл кельтских праздников
Программа для написания математических формул MathType
Программа для написания математических формул MathType
Готовимся к годовой отчетности
Вклады отп банка в Отп вклады физических лиц
Налоговые регистры: инструкция по применению
Кадровый аудит — виды и методы проверки, этапы и сроки, результаты
Управление рисками на вашем предприятии
Предложение заключить договор (оферта) Предложение заключить договор 6
Вклады промсвязьбанка в Накопительный счет «Акцент на процент»
Какое имущество подлежит налогообложению у российских организаций Кто платит налог на движимое имущество
Организация проведения маркетинговых исследований
Стоит ли хранить деньги на банковских депозитах: все «за» и «против
Страховые взносы: что это такое, виды, плательщики, расчет
Метод lifo (лифо): аргументы за и против
Явные минусы российских ПИФов, о которых не принято говорить
Что такое рекультивация, каков порядок ее проведения и с какой целью проводится рекультивация земель сельскохозяйственного назначения?
Формула расчета рентабельности затрат, нормативные значения Чем отличаются расходы от стартовых вложений при расчете окупаемости проекта
Оценка персонала в организации
Что такое оценка персонала
Срок окупаемости: формула
Методы и цели оценки персонала: как превратить сотрудников из инструмента в мозговой центр компании
Порядок начисления и выплаты зарплаты Другие изменения, важные для бухгалтера по заработное плате
Онлайн-калькулятор издержек
Материально производственные запасы их классификация
Материально-производственные запасы: бухгалтерский учет и отражение в отчетности
Пастила из клубники в домашних условиях Клубничная пастила в домашних
Огурцы на зиму по-польски
Картофельное рагу с кабачками и мясом Рагу с кабачками и картошкой мясом
Рецепт: Салат с белыми грибами Слоеный салат с белыми грибами
Икра кабачковая с помидорами: рецепт Простой рецепт икры из кабачков без помидоров
Компот из черноплодной рябины: рецепты простых и полезных заготовок
Томатное ризотто с овощами и креветками – пошаговый рецепт с фото, как его приготовить в домашних условиях Как приготовить ризотто с креветками в домашних условиях
Подосиновики — рецепты приготовления
Рисовая лапша с курицей и морковью Готовим рисовую лапшу с курицей
Баклажаны по-корейски на зиму — пикантная закуска по простым и вкусным рецептам Корейские баклажаны на зиму
Чизкейк с тыквой и творогом — простой рецепт Рецепт тыквенного чизкейка в духовке высоцкая
Макароны с сыром по-американски: пошаговый рецепт Макароны с сыром самый простой рецепт
Пирожное корзиночки с белковым кремом Как сделать белковый крем корзиночек
Хе из курицы — рецепт в домашних условиях с фото, пошагово
Слегка обжаренные огурцы со специями (рецепт с фото) Восточное блюдо жареные огурцы
Бисквит с вишневым вареньем
Полтавские галушки с мясом
Рецепт: Полтавские галушки — с мясом и луком
Праздничный салат «Грибная поляна»: ингредиенты и пошаговый классический рецепт с курицей слоями по порядку
Как приготовить барабульку по вкусным рецептам?
Постные соусы, подливки к мясным и рыбным блюдам Постный соус к рыбе рецепт
Судак в духовке со сметаной — готовим по второму рецепту Филе судака со сметаной и томатами запечь
Творожные шанежки с фаршем — тают во рту!
Разработала: Бизина Яна Витальевна пдо БОУ ДОД г
Презентация — дроби в вавилоне, риме, египте — открытие десятичных дробей Точка, точка, запятая
Жизнь в пресных водоёмах
Презентация на тему «Загленем в кладовые Земли»
Деталь струнных инструментов
«Образование Древнерусского государства
Какой была система дробей в древнем риме
Презентация на тему ««Матрёнин двор» А
Презентация к уроку истории на тему «Общественные движения второй половины XIX века
Рахитоподобные заболевания у детей Презентация на тему рахит
Примерная структура каждого типа урока по фгос Что такое цель урока по фгос
В России всего одна женщина космонавт
Презентация на тему «софизмы» Скачать презентацию математические софизмы 5 6 кл
Экономическая свобода, ее формы и типы
Эфиопия Аксум и часовня Ковчега
Презентация на тему: Открытие Антарктиды Беллинсгаузеном и Лазаревым
Причины гражданской войны
Презентация на тему «медико-генетическое консультирование»
Лыткина Алена Презентация на тему «Стоунхендж»
Дикие животные зимой: описание их жизни, как животные готовятся к зиме, красивые картинки
Мейоз — основной этап образования половых клеток
Презентация — Что в имени тебе моём…
Презентация «Дискретный анализ
Ученые узнали о том, где после смерти людей оказываются их души
Подкова: значение символа, как его сделать своими руками и как правильно вешать Что означает подкова на счастье
Издательский центр «благодарение» рами блекта как пропаганда оккультизма и «нью-эйдж»
Как справиться со стрессом во время беременности?
Индивидуальный гороскоп online
Как притянуть к себе деньги?
Лунный день рождения Если родился в 7 лунный день
Куда попадает душа после смерти человека?
Куда девается душа человека после смерти
Как правильно вырастить крупный чеснок Как вырастить озимый чеснок на даче
Ангелы и архангелы — в чем разница?
Журнал тайны астрологии Журнал о звездах и астрологии амулеты
Какого числа празднуется масленица
Что подарить на крестины мальчику: что говорят о подарках на крещение традиции
К чему приснились животные?
Гадание самостоятельно в домашних условиях: частые ошибки
Очищение организма и укрепление здоровья
В конце октября жителей планеты накроет мощная магнитная буря Магнитные бури 1 октября
Новолуние в сентябре — лучшее время для начинаний и достижения целей
Определить лучшее место жительства по дате рождения
Как загадать желание чтоб сразу сбылось
Что мы празднуем в лазареву субботу и как правильно провести этот день Традиции и обычаи
День летнего солнцестояния Летнее солнцестояние в году какого числа
Финалистка шоу «Битва экстрасенсов» покончила жизнь самоубийством: опубликовано видео
Язык и письменность Памирский язык разговорник
Гомологичные и аналогичные органы
Гвинея: краткое описание страны Гвинея форма правления
Искусство живописи в индии очень древнее
Язык. Происхождение языка. Классификация языков. Принципы классификации языков мира Основные способы классификации языков
Правление василия шуйского кратко
Как решать магические квадраты?
Магические квадраты (3) — Документ
«современные проблемы адаптивной оптики» Отрывок, характеризующий Адаптивная оптика
Адаптивная оптика — история лазера Реализация адаптивной оптики
Закон упругой деформации Что будем делать с полученным материалом
Молодые люди, перевернувшие историю Самый молодой генерал майор
Объяснения эпидемиологов десяти казней египетских Прожорливая казнь египетская
Ученые NASA: Наше Солнце рождает новые планеты Солнце рождает новые планеты
Почему в современной науке свирепствует эпидемия лжи Наука как орудие подавления
Возможно ли это? Может ли это работать для космических путешествий?
Затянувшаяся, невероятная концепция под названием EmDrive утверждает, что движется сама без топлива.
Финансирование DARPA вызвало свежий новостной цикл и привлекло внимание к необъяснимой конструкции.
Импульс без катализатора или выхода нарушает фундаментальный закон физики.
Движитель лунного полета под названием EmDrive обещает чрезвычайно быстрый, бросающий вызов физике способ путешествовать в космосе. Но многие критики говорят, что этот невозможный драйв — всего лишь сотрясение воздуха. Есть ли на самом деле надежда на EmDrive, и можем ли мы чему-нибудь научиться из его далекой концепции?
🌌 Тебе нравятся крутые космические штучки. И мы тоже. Давайте вместе погуляем по вселенной.
Конструкция EmDrive, защищенная авторскими правами ее материнской компании SPR Ltd , работает путем улавливания микроволн в специальной камере, где их отскок создает тягу. Камера закрыта, то есть снаружи кажется, что она просто движется без подачи топлива или выхода тяги.
Все, что вам нужно знать
EmDrive просто не умрет
SPR Ltd объясняет:
«Это основано на втором законе Ньютона, где сила определяется как скорость изменения количества движения. Таким образом, электромагнитная (ЭМ) волна, распространяющаяся со скоростью света, имеет определенный импульс, который она передаст отражателю, в результате чего возникнет крошечная сила».
Эта аккумулированная крошечная сила в большом количестве — вот что делает EmDrive активным, заявляет компания.
Звучит просто, но эта концепция разрушает наше существующее понимание физики. Никакая энергия не входит и не выходит, так как же инициализируются волны, как они продолжают двигаться и откуда берется их импульс?
NASA Eagleworks тестирует EmDrive в 2016 году.
NASA
Спонтанный, созданный импульс без объяснимого «толчка» не имеет значения. Если EmDrive работает, этот факт сводит на нет многое из того, что физики знают о Вселенной. Это похоже на логическую задачу, где одна подсказка позволяет вычеркнуть все ответы, кроме одного, с разветвлениями, которые распространяются по остальной части сетки.
В новой статье для Space.com астрофизик Пол Саттер, ведущий программы «Спроси космонавта» и «Космического радио», решительно отвергает EmDrive, говоря, что это «просто коробка с микроволнами внутри, которая прыгает вокруг». Он продолжает:
С момента появления концепции EmDrive в 2001 году, каждые несколько лет группа утверждает, что измеряет результирующую силу, исходящую от их устройства. Но эти исследователи измеряют невероятно крошечный эффект: сила настолько мала, что даже лист бумаги не может сдвинуться с места. Это приводит к значительной статистической неопределенности и погрешности измерения.
Действительно, из всех опубликованных результатов ни один не дал результатов, выходящих за рамки «едва подходящих для публикации», не говоря уже о чем-то значительном.
Еще один обязательный к прочтению
Могут ли эти кристаллы помочь нам путешествовать во времени?
Это перекликается с тем, что ученые сказали Popular Mechanics , когда мы недавно сообщали о непреходящей популярности EmDrive. Брайс Кассенти, эксперт по передовым двигательным установкам из Университета Коннектикута, сказал, что EmDrive не кажется правдоподобным, поскольку нарушает закон сохранения импульса.
«Только электромагнитные волны, излучаемые конической антенной, могут обеспечить изменение импульса, которое может обеспечить силу, а сила на несколько порядков меньше», — сказал Кассенти Популярная механика .
Estes Estes Destination Mars Colonizer Model Starter Set
70 долларов на Amazon
Credit: Estes/Amazon
Estes Estes Alpha III Rocket Launch Set
25 долларов на Amazon
Набор для запуска ракеты
Сейчас скидка 18%
47 долларов на Amazon
Кредит: Estes/Amazon
Estes Estes 1413 Летающая модель Набор для запуска ракет Wacky Wiggler
50 долларов на Amazon
Предоставлено: Estes/Amazon
Estes Estes LEPUSHPDJ123 Rockets 7246 Модель ракеты-шаттла Kit
Магазин на Amazon
Предоставлено: Estes/Amazon
Estes Estes Sa-2061 Sasha Flying Model Rocket Kit
30 долларов США на Amazon
Estes Estes 1921 Mercury Redstone Flying Model Rocket Kit
$30 на Amazon
Estes/Amazon
Estes Estes 1948 Big Bertha Flying Model Rocket Kit
$24 на Amazon
Многие из прозвищ EmDrive Impossible Drive, который кажется немного на носу. Даже «скорость деформации», концептуализированная Мигелем Алькубьерре и доработанная в последние годы различными теоретиками, сопровождается надежной аргументацией и неоправданными ожиданиями.
История по теме
НАСА работает над варп-двигателем?
Да, если бы мы могли выполнить определенные высокие пороги для энергии, мы могли бы гипотетически поэкспериментировать с этой формой путешествия. Ученые откровенно говорят об очень длительных временных рамках, а также о вероятности, и небольшая вероятность скорости деформации, которая остается , составляет , что захватывает.
Вместо этого EmDrive имеет ряд концепций, которые не соответствуют физике и не могут быть проверены независимо. Опять же, это отличается от подобных далеко звучащих идей, которые могут сломать некоторые физические идеи. Идея создания стабильной червоточины, например, потребовала X-фактора «экзотической материи», которую мы пока не можем создать и даже не до конца понимаем. И ученые прозрачны в этом.
Вам это тоже понравится
Этот термоядерный двигатель может ускорить межзвездные путешествия
DARPA, агентство исследовательских проектов министерства обороны, инвестировало средства в частную разработку EmDrive в 2018 году. Да, финансирование — это инвестиции в будущее и потенциал идеи, но с DARPA философию можно описать так: « ретвитов не являются одобрением ». Текущая фаза проекта DARPA продлится до мая 2021 года, и, возможно, проект сойдет на нет, если не будет ощутимых результатов
Правительственные исследования позволили избавиться от бесчисленных практических и даже потребительских концепций, начав с инвестиций в самые отдаленные уголки мира. Иногда путь важнее пункта назначения.
Кэролайн Делберт
Кэролайн Делберт — писатель, заядлый читатель и пишущий редактор в Pop Mech. Она также энтузиаст практически всего. Ее любимые темы включают ядерную энергию, космологию, математику повседневных вещей и философию всего этого.
Команда НАСА заявляет о «невозможной» работе космического двигателя — узнайте факты
После долгих лет спекуляций индивидуальная исследовательская группа из Космического центра имени Джонсона НАСА достигла рубежа, который многие эксперты считали невозможным. На этой неделе команда официально опубликовала свои экспериментальные данные об электромагнитной двигательной установке, которая могла бы двигать космический корабль через пустоту без использования какого-либо топлива.
По словам команды, электромагнитный привод, или EmDrive, преобразует электричество в тягу, просто отражаясь от микроволн в закрытой полости. Теоретически такой легкий двигатель мог бы однажды отправить космический корабль на Марс всего за 70 дней. (Узнайте, почему Илон Маск считает, что к 2060-м годам на Марсе сможет жить миллион человек.)
Давняя загвоздка в том, что EmDrive, по-видимому, бросает вызов законам классической физики, поэтому, даже если он делает то, что утверждает команда, ученые все еще не уверены, как эта штука работает на самом деле. Предыдущие сообщения о двигателе были встречены с изрядной дозой скептицизма, и многие физики отнесли EmDrive к миру лженауки.
Теперь, однако, последнее исследование прошло тщательную проверку независимыми учеными, которые предполагают, что EmDrive действительно работает. Является ли это началом революции в космических путешествиях или просто еще одним фальстартом для «невозможного» двигателя космического корабля?
Что такое EmDrive?
Это воплощение EmDrive, впервые предложенное почти 20 лет назад британским ученым Роджером Шойером, было разработано и протестировано инженерами Исследовательской лаборатории передовых двигателей НАСА, неофициально известной как Eagleworks.
Проще говоря, Eagleworks EmDrive создает тягу, отражая электромагнитную энергию (в данном случае микроволновые фотоны) в закрытой конусообразной камере. Когда эти фотоны сталкиваются со стенками камеры, они каким-то образом толкают устройство вперед, несмотря на то, что из камеры ничего не выбрасывается. Напротив, ионные двигатели, которые сейчас используются на некоторых космических кораблях НАСА, создают тягу за счет ионизации топлива, часто газа ксенона, и выбрасывания пучков заряженных атомов.
Если EmDrive выдержит дальнейшее исследование, это означает, что будущие транспортные средства смогут летать в космосе без необходимости нести буквально тонны топлива. В космическом путешествии оставаться налегке крайне важно для быстрых и экономичных полетов на большие расстояния.
Почему этот двигатель нарушает законы физики?
Еще в 1687 году сэр Исаак Ньютон опубликовал три закона движения, которые легли в основу классической механики. За прошедшие три столетия эти законы неоднократно проверялись и проверялись. (Также см. «Вновь открыт утерянный алхимический рецепт Исаака Ньютона».)
Проблема в том, что EmDrive нарушает третий закон Ньютона, который гласит, что на каждое действие есть равное противодействие. Этот принцип объясняет, например, почему каноэ скользит вперед, когда кто-то гребет. Сила, приложенная при движении весла по воде, толкает каноэ в противоположном направлении. Именно поэтому реактивные двигатели генерируют тягу: двигатель выбрасывает горячие газы назад, а самолет движется вперед.
Как ни странно, EmDrive вообще ничего не выбрасывает, и это не имеет смысла в свете третьего закона Ньютона или другого принципа классической механики — сохранения импульса. Если EmDrive движется вперед, ничего не выбрасывая сзади, то нет противодействующей силы, объясняющей тягу. Это немного похоже на утверждение, что человек внутри автомобиля может двигать его вперед, неоднократно ударяя по рулю, или что экипаж космического корабля может доставить корабль к месту назначения, просто толкая стены.
Кто-нибудь уже пытался это проверить?
В 2014 году группа Eagleworks произвела фурор, когда объявила о результатах первых испытаний, свидетельствующих о том, что ЭМ-двигатель действительно работал. С тех пор группа тестировала EmDrive во все более жестких условиях, включая последние эксперименты.
Другие группы также разработали и протестировали различные воплощения EmDrive. В дополнение к экспериментам, проводимым американскими, европейскими и китайскими учеными, существует сообщество DIY EmDrivers, которые заняты созданием и тестированием своих собственных невозможных физических двигателей. Но никто не смог с уверенностью сказать, что такой привод работает так, как описано. (Давайте будем реалистами: физики не любят, казалось бы, чудесных изобретений.)
Так что теперь изменилось?
Команда NASA, создавшая EmDrive, опубликовала результаты своих экспериментов в рецензируемом журнале. Хотя рецензирование не гарантирует достоверность результатов или наблюдений, они указывают на то, что по крайней мере несколько независимых ученых изучили экспериментальную установку, результаты и интерпретацию и сочли все это разумным.
В этом документе команда описывает, как они тестировали EmDrive в почти вакууме, похожем на то, с чем он столкнулся бы в космосе. Ученые поместили двигатель на устройство, называемое крутильным маятником, запустили его и определили, какую тягу он генерирует в зависимости от того, сколько он двигался. Оказывается, по оценкам авторов, EmDrive способен производить 1,2 миллиньютона на киловатт энергии.
Это не большая тяга по сравнению с более традиционными двигателями, но она далеко не незначительна, учитывая полностью бестопливную установку. И для сравнения, световые паруса и другие связанные с ними технологии, которые приводятся в движение толчком фотонов, генерируют лишь часть этой тяги, от 3,33 до 6,67 микроньютонов на киловатт.
До сих пор одним из основных критических замечаний по поводу EmDrive было то, что он нагревался во время активации, что, по мнению некоторых ученых, могло нагревать окружающий воздух и создавать тягу. Тестирование устройства в вакууме сняло некоторые из этих критических замечаний, хотя все еще есть множество предостережений, которые необходимо решить.
ОК. Как это возможно?
Перво-наперво: до сих пор неясно, действительно ли EmDrive создает тягу, и это утверждение требует дальнейшей проверки. Но люди уже разбрасываются идеями о том, как этот привод может работать.
Команда Eagleworks, которая тестировала EmDrive, считает, что микроволновые фотоны сталкиваются с «квантовой вакуумной виртуальной плазмой» или бурлящим морем частиц, которые появляются и исчезают на квантовом уровне. Проблема в том, что нет никаких доказательств того, что квантово-вакуумная виртуальная плазма вообще существует, говорит физик Калифорнийского технологического института Шон Кэрролл. Квантовый вакуум существует, говорит он, но он не генерирует плазму, которую можно было бы оттолкнуть.
В своей статье команда Eagleworks обращается к идее, называемой теорией волны-пилота, чтобы описать, как можно использовать квантовый вакуум для создания тяги, отмечая при этом, что такие интерпретации «не являются доминирующим взглядом на физику сегодня».
Майк Маккалох, физик из Университета Плимута, утверждает, что EmDrive является свидетельством новой теории инерции, которая включает в себя нечто, называемое излучением Унру, своего рода тепло, испытываемое ускоряющими объектами. По его словам, поскольку широкий и узкий концы конуса EmDrive допускают разные длины волн излучения Унру, инерция фотонов внутри полости должна меняться, когда они отскакивают назад и вперед, что должно создавать тягу для сохранения импульса.
Но модель Маккаллоха предполагает, что излучение Унру реально — оно не было подтверждено экспериментально, — а также предполагает, что скорость света меняется в полости EmDrive, что нарушает специальную теорию относительности Эйнштейна, по словам физика Рочестерского технологического института Брайана. Коберлейн.
Также возможно, что часть энергии, генерируемой при ускорении тела, хранится внутри самого тела, говоря очень-очень просто — здесь также задействованы гравитационные взаимодействия и переходные колебания инерционной массы. Это могло бы объяснить, как корабль движется в пространстве, не нарушая закон сохранения импульса, говорит физик Джим Вудворд, который предложил так называемую теорию эффекта Маха в 1919 году.90.
Может быть, это все еще койка?
Обязательно. Существует долгая история находок, которые, казалось бы, бросают вызов законам физики (кто-нибудь, нейтрино быстрее скорости света?), которые в конечном итоге оказались жертвами ошибочных экспериментов.
В этой статье авторы идентифицируют и обсуждают девять потенциальных источников экспериментальных ошибок, включая неконтролируемые потоки воздуха, рассеянное электромагнитное излучение и магнитные взаимодействия. Не все из них можно полностью исключить, и определенно необходимы дополнительные эксперименты… возможно, в следующий раз в космосе.
Читать дальше
Три новых вида змей обнаружены на кладбищах
Животные
Три новых вида змей обнаружены на кладбищах живет под землей.
Эксклюзивный контент для подписчиков
Почему люди так одержимы Марсом?
Как вирусы формируют наш мир
Эпоха собачьих бегов в США подходит к концу
Узнайте, как люди представляли себе жизнь на Марсе на протяжении всей истории
Узнайте, как новый марсоход НАСА будет исследовать красную планету 208
Почему люди так чертовски одержимы Марсом?
Как вирусы формируют наш мир
Эпоха собачьих бегов в США подходит к концу
Узнайте, как люди представляли себе жизнь на Марсе на протяжении всей истории
Посмотрите, как новый марсоход НАСА будет исследовать красную планету
Почему люди так одержимы Марсом?
Как вирусы формируют наш мир
Эпоха собачьих бегов в США подходит к концу будет исследовать красную планету
Подробнее
EM Drive Archives — Universe Today
Опубликовано Брайан Коберлейн
Винтовая архитектура двигателя. Кредит: Дэвид Бернс
Когда инженер НАСА объявляет о новом революционном двигателе, который может доставить нас к звездам, легко прийти в восторг. Но демоны кроются в деталях, и когда вы смотрите на настоящую статью, все выглядит гораздо менее многообещающе.
Продолжить чтение «У инженера НАСА есть отличная идея для высокоскоростного космического двигателя. Жаль, что это нарушает законы физики»
Опубликовано от Matt Williams
Модель EmDrive от NASA/Eagleworks. Предоставлено: Форум космических полетов НАСА/emdrive.com
С тех пор, как НАСА объявило о создании прототипа вызывающего споры радиочастотного резонаторного резонаторного двигателя (также известного как ЭМ-двигатель), все сообщения о результатах стали предметом споров. Изначально любые сообщения об испытаниях были слухами и утечками, к результатам относились с понятным скептицизмом. Даже после того, как статья, представленная командой Eagleworks, прошла рецензирование, остались вопросы без ответов.
В надежде решить эту проблему группа физиков из Технического университета Дрездена, известная как проект SpaceDrive, недавно провела независимое испытание ЭМ-двигателя. Их результаты были представлены на конференции Ассоциации аэронавтики и астронавтики Франции в 2018 году по космическим двигателям и были менее чем обнадеживающими. В двух словах они обнаружили, что большая часть тяги EM может быть связана с внешними факторами.
Результаты их испытаний были опубликованы в исследовании под названием «Проект SpaceDrive — первые результаты по EMDrive и двигателям с эффектом Маха», которое недавно появилось в Интернете. Исследованием руководил Мартин Таймар, инженер из Института аэрокосмической техники Дрезденского технического университета, в нем приняли участие ученые Дрезденского технического университета Матиас Кёслинг, Марсель Вейкерт и Максим Монетт.
Подруливающее устройство EMDrive: полость (слева), антенна (посередине) и балансировка (справа). Предоставлено: Мартин Таймар и др.
Напомним, ЭМ-Драйв — это концепт экспериментального космического двигателя, который много лет назад привлек внимание космического сообщества. Он состоит из полого конуса из меди или других материалов, который отражает микроволны между противоположными стенками полости для создания тяги. К сожалению, эта система привода основана на принципах, нарушающих закон сохранения импульса.
Этот закон гласит, что внутри системы количество импульса остается постоянным и не создается и не уничтожается, а только изменяется под действием сил. Поскольку ЭМ-привод использует электромагнитные микроволновые резонаторы, преобразующие электрическую энергию непосредственно в тягу, у него нет реактивной массы. Следовательно, это «невозможно» с точки зрения традиционной физики.
В результате многие ученые скептически отнеслись к ЭМ-приводу и хотели получить убедительные доказательства того, что он работает. В ответ группа ученых из NASA Eagleworks Laboratories начала проводить испытания двигательной установки. Команду возглавил Гарольд Уайт, руководитель группы усовершенствованных двигателей Инженерного управления НАСА и главный исследователь лаборатории NASA Eagleworks.
Несмотря на просочившийся в ноябре 2016 года отчет под названием «Измерение импульсной тяги от закрытой радиочастотной полости в вакууме» — команда так и не представила никаких официальных результатов. Это побудило группу под руководством Мартина Таймара провести собственное испытание с использованием двигателя, построенного на основе тех же спецификаций, что и команда Eagleworks.
Согласно испытаниям, проведенным группой из Дрезденского технического университета, тяга ЭД-двигателя может быть результатом взаимодействия с магнитным полем Земли. Предоставлено: ESA/ATG medialab
Короче говоря, прототип команды Технического университета Дрездена состоял из полого двигателя конусообразной формы, установленного внутри высокоэкранированной вакуумной камеры, по которому они затем обстреливали микроволнами. Хотя они обнаружили, что EM Drive действительно испытывал тягу, обнаруживаемая тяга могла исходить не от самого двигателя. По сути, двигатель проявлял одинаковую силу независимо от того, в каком направлении он был направлен.
Это предполагало, что тяга исходила от другого источника, который, по их мнению, мог быть результатом взаимодействия между кабелями двигателя и магнитным полем Земли. Как они заключают в своем отчете:
«Первые кампании по измерению были проведены, когда обе модели двигателей достигли уровней тяги/тяги-мощности, сопоставимых с заявленными значениями. Однако мы обнаружили, что, например. магнитное взаимодействие кабелей витой пары и усилителей с магнитным полем Земли может быть значительным источником ошибок для EMDrives. Мы продолжаем улучшать наши измерительные установки и разработки двигателей, чтобы окончательно оценить, жизнеспособна ли какая-либо из этих концепций и можно ли ее масштабировать».
Другими словами, загадочный толчок, о котором сообщали предыдущие эксперименты, мог быть не более чем ошибкой. Если это правда, это объяснило бы, как «невозможный ЭД-привод» смог достичь небольшой измеримой тяги, когда законы физики утверждают, что этого не должно быть. Тем не менее, команда также подчеркнула, что потребуются дополнительные испытания, прежде чем EM Drive можно будет с уверенностью отвергнуть или утвердить.
Что нужно сделать, чтобы люди смогли добраться до ближайшей звездной системы в течение своей жизни? Авторы и права: Шигеми Нумадзава/ Project Daedalus
Увы, похоже, что обещание совершить путешествие на Луну всего за четыре часа, на Марс за 70 дней и на Плутон за 18 месяцев — и все это без топлива — придется подождать. Но будьте уверены, многие другие экспериментальные технологии проходят испытания, которые однажды позволят нам путешествовать по нашей Солнечной системе (и за ее пределами) в рекордно короткие сроки. И потребуются дополнительные тесты, прежде чем EM Drive можно будет списать как очередную несбыточную мечту.
Команда также провела собственное испытание двигателя на эффекте Маха, еще одной концепции, которую многие ученые считают маловероятной. Команда сообщила о более благоприятных результатах с этой концепцией, хотя они указали, что здесь также необходимы дополнительные исследования, прежде чем можно будет сказать что-либо окончательно. Вы можете узнать больше о результатах тестов команды для обоих двигателей, прочитав их отчет здесь.
И обязательно посмотрите это видео Скотта Мэнли, в котором рассказывается о последнем тесте и его результатах
Posted on by Fraser Cain
Ведущий: Фрейзер Кейн (@fcain)
Специальный гость: Дин Регас был астрономом обсерватории Цинциннати с 2000 года. Он является соведущим программы Star Gazers (транслируемой на станциях PBS по всему миру) , редактор журнала Sky and Telescope и автор журнала Astronomy. Дин является автором новой книги «Факты из космоса! От сверхсекретных космических кораблей до вулканов в открытом космосе, внеземные факты, которые поразят вас!»
Гости:
Пол М. Саттер (pmsutter.com / @PaulMattSutter) Йоав Ландсман (@MasaCritit)
Их истории на этой неделе: что я думаю о EM Drive
Мы используем инструмент под названием Trello, чтобы отправлять и голосовать за истории, которые мы хотели бы освещать каждую неделю, а затем Фрейзер будет выбирать истории оттуда. Вот ссылка на страницу Trello WSH (http://bit.ly/WSHVote), которую вы можете увидеть, не входя в систему. Если вы хотите проголосовать, просто создайте учетную запись и помогите нам решить, что освещать!
Если вы хотите присоединиться к команде Weekly Space Hangout Crew, посетите их сайт здесь и зарегистрируйтесь. Это отличная команда, которая может помочь вам присоединиться к нашим онлайн-дискуссиям!
Если вы хотите подписаться на программу AstronomyCast Solar Eclipse Escape, где вы сможете встретиться с Фрейзером и Памелой, а также командой WSH и другими фанатами, посетите наш сайт, указанный выше, и зарегистрируйтесь!
Мы записываем еженедельную космическую видеовстречу каждую пятницу в 12:00 по тихоокеанскому времени / 15:00 по восточному времени. Вы можете посмотреть нас в прямом эфире на Universe Today или на странице Universe Today YouTube
Модель EmDrive от NASA/Eagleworks. Предоставлено: Форум космических полетов НАСА/emdrive. com
С тех пор, как НАСА объявило о создании прототипа вызывающего споры радиочастотного резонаторного резонаторного двигателя (также известного как ЭМ-двигатель), все сообщения о результатах стали предметом споров. И поскольку большинство объявлений принимает форму «утечек» и слухов, ко всем сообщаемым событиям, естественно, относятся скептически.
И тем не менее сообщения продолжают поступать. Последние предполагаемые результаты получены в лаборатории Eagleworks Laboratories в Космическом центре Джонсона, где «просочившийся» отчет показал, что спорный двигатель способен генерировать тягу в вакууме. Как и в случае критического процесса экспертной оценки, вопрос о том, сможет ли двигатель пройти испытания в космосе, некоторое время оставался нерешенным вопросом.
Учитывая преимущества EM Drive, понятно, что люди хотят видеть, как он работает. Теоретически к ним относится способность генерировать достаточную тягу, чтобы долететь до Луны всего за четыре часа, до Марса за 70 дней и до Плутона за 18 месяцев, а также способность делать все это без топлива. К сожалению, система привода основана на принципах, нарушающих закон сохранения импульса.
Аэрофотоснимок Космического центра Джонсона НАСА, где расположена лаборатория Eagleworks. Авторы и права: НАСА/Джеймс Блэр
Этот закон гласит, что внутри системы количество импульса остается постоянным и не создается и не уничтожается, а только изменяется под действием сил. Поскольку ЭМ-привод использует электромагнитные микроволновые резонаторы, преобразующие электрическую энергию непосредственно в тягу, у него нет реактивной массы. Следовательно, это «невозможно» с точки зрения традиционной физики.
Отчет под названием «Измерение импульсной тяги от закрытого радиочастотного резонатора в вакууме», по-видимому, просочился в начале ноября. Его ведущим автором, как и ожидалось, является Гарольд Уайт, руководитель группы усовершенствованных двигателей Инженерного управления НАСА и главный исследователь лаборатории NASA Eagleworks.
Как он и его коллеги (якобы) сообщают в газете, они завершили испытание импульсной тяги на «конической радиочастотной тестовой модели». Он состоял из фазы прямой и обратной тяги, маятника с малой тягой и трех испытаний тяги при уровнях мощности 40, 60 и 80 Вт. Как указано в отчете:
«Здесь показано, что диэлектрически нагруженное коническое ВЧ-испытательное изделие, возбуждаемое в режиме TM212 на частоте 1937 МГц, способно стабильно генерировать усилие на уровне тяги 1,2 ± 0,1 мН/кВт с усилием, направленным на узкий конец в условиях вакуума».
Ионный двигатель в настоящее время является самым медленным, но наиболее экономичным видом космических путешествий. Предоставлено: NASA/JPL
Чтобы было понятно, этот уровень тяги к мощности — 1,2. миллиньютон на киловатт – совсем незначительно. Фактически, в статье эти результаты помещаются в контекст, сравнивая их с ионными двигателями и лазерными парусами:
“ Современная тяга к мощности для двигателя Холла составляет порядка 60 мН/кВт. Это на порядок выше, чем у испытательного образца, оцененного в ходе этой вакуумной кампании… Параметр производительности 1,2 мН/кВт на два порядка выше, чем у других форм движения с нулевым расходом топлива, таких как световые паруса, лазерные двигатели и фотонные ракеты с тягой до уровней мощности в диапазоне 3,33–6,67 микроньютонов/кВт (или 0,0033–0,0067 мН/кВт).
В настоящее время ионные двигатели считаются наиболее экономичной формой движения. Однако они, как известно, медленнее по сравнению с обычными твердотопливными двигателями. Чтобы представить некоторую перспективу, миссия НАСА Dawn опиралась на ксенон-ионный двигатель, который имел тягу для выработки электроэнергии 90 миллиньютонов на киловатт. С помощью этой технологии зонду потребовалось почти четыре года, чтобы добраться от Земли до астероида Веста.
Концепция прямой энергии (также известной как лазерные паруса), напротив, требует очень малой тяги, поскольку она включает корабли размером с пластину — крошечные зонды, которые весят около грамма и несут все свои инструменты, которые им нужны, в виде чипов. Эта концепция в настоящее время изучается с целью совершить путешествие к соседним планетам и звездным системам в течение нашей жизни.
Двумя хорошими примерами являются межзвездная концепция DEEP-IN, финансируемая НАСА, которая разрабатывается в Калифорнийском университете, в которой делается попытка использовать лазеры для питания кораблей со скоростью до 0,25 скорости света. Тем временем Project Starshot (часть Breakthrough Initiatives) разрабатывает корабль, который, по их утверждениям, будет развивать скорость в 20% от скорости света и, таким образом, сможет совершить путешествие к Альфе Центавра через 20 лет.
По сравнению с этими предложениями, EM Drive по-прежнему может похвастаться тем, что он не требует топлива или внешнего источника питания. Но, основываясь на результатах этих испытаний, количество энергии, которое потребуется для создания значительной тяги, сделает это непрактичным. Тем не менее, следует иметь в виду, что этот тест с малой мощностью был разработан, чтобы увидеть, может ли какая-либо обнаруженная тяга быть отнесена к аномалиям (ни одна из которых не была обнаружена).
В отчете также признается, что потребуются дальнейшие испытания, чтобы исключить другие возможные причины, такие как смещение центра тяжести (ЦТ) и тепловое расширение. И если внешние причины снова будут исключены, будущие тесты, несомненно, будут пытаться максимизировать производительность, чтобы увидеть, какую тягу способен генерировать EM Drive.
Но, конечно, все это при условии, что «просочившаяся» бумага подлинная. Пока НАСА не подтвердит, что эти результаты действительно реальны, ЭМ-Драйв будет оставаться в подвешенном состоянии. А пока мы ждем, посмотрите это описательное видео астронома Скотта Мэнли из обсерватории Армы:
Дополнительная литература: Научный бюллетень
Posted on by Susie Murph
Карнавал космоса. Изображение Джейсона Мейджора.
Добро пожаловать на 480-й Карнавал Космоса! Carnival – это сообщество писателей и блоггеров, занимающихся космической наукой и астрономией, которые каждую неделю представляют вам свои лучшие работы. Я Сьюзи Мерф, член команды Universe Today и CosmoQuest. Итак, а теперь к историям этой недели! Читать далее «Космический карнавал #480»
Опубликовано от Matt Williams
Представление художника о межзвездном корабле. Авторы и права: Марк Радемейкер
«Невозможный» ЭМ-привод (также известный как ВЧ-резонаторный двигатель) — одна из тех концепций, которые, похоже, никогда не умрут. Несмотря на то, что с самого начала он подвергался шквалу сомнений и скептицизма, утверждая, что он слишком хорош, чтобы быть правдой, и нарушает законы физики, EM Drive, кажется, устраняет все препятствия, стоящие на его пути.
В течение многих лет одним из самых давних комментариев было то, что технология не прошла экспертную оценку. Это был обычный ответ всякий раз, когда появлялись новости об успешных испытаниях. Но, согласно новым слухам, EM Drive недавно сделал именно это, поскольку документ, представленный НАСА с подробным описанием успешных испытаний их прототипа, по-видимому, прошел процесс экспертной оценки.
Согласно сообщению International Business Times, слухи восходят к доктору Хосе Родалю и независимому ученому, опубликовавшему на Форуме космических полетов НАСА сообщение о том, что документ, представленный NASA Eagleworks Laboratories, прошел рецензирование и будет опубликован в Journal of Propulsion. и Power, издание, поддерживаемое Американским институтом аэронавтики и астронавтики (AIAA).
Модель EmDrive. Прототип EM Drive от NASA/Eagleworks. Предоставлено: NASA Spaceflight Forum
Теперь, прежде чем кто-то слишком взволнован, необходимо быстро проверить реальность. В настоящее время все, что сказал доктор Родал, еще не подтверждено, и с тех пор комментарий был удален. Однако в своем комментарии Родал указал, что статья будет называться «Измерение импульсной тяги закрытого радиочастотного резонатора в вакууме».
Он также назвал авторов статей, в том числе Гарольда Уайта — руководителя группы усовершенствованных двигателей в Лаборатории усовершенствованных двигателей Космического центра имени Джонсона (также известной как Eagleworks). Также был назван Пол Марч, еще один член Eagleworks и человек, связанный с прошлыми тестами.
Вдобавок ко всему этому, в статье IB Times указано, что он также разместил информацию, которая, по-видимому, была взята из реферата статьи: , из прямого, обратного и нулевого тестов показывает, что система стабильно работает с отношением тяги к мощности 1,2 +/- 0,1 мН/кВт ()».
Концепция художника Марка Радемейкера для IXS Enterprise, которая опирается на привод Aclubierre Drive — то, что также исследует Eagleworks НАСА. Предоставлено: Марк Радемейкер/flickr.com
Но даже если слухи верны, есть и другие вещи, которые необходимо принимать во внимание. Например, процесс рецензирования обычно означает, что независимая группа экспертов рассмотрела работу и определила, что она заслуживает дальнейшего рассмотрения. Не означает ли , а не , что сделанные выводы верны или что они не будут опровергнуты последующими расследованиями.
Однако, возможно, нам не придется долго ждать следующего теста. Гвидо Фетта — генеральный директор Cannae Inc., изобретатель Cannae Drive (который основан на конструкции Шойера). Как он объявил 17 августа этого года, двигатель Cannae будет запущен в космос на борту 6U CubeSat для проведения испытаний на орбите.
Как Fetta заявил на своем веб-сайте, Cannae сформировал новую компанию (Theseus Space Inc.) для коммерциализации своей технологии двигателей и будет использовать это развертывание, чтобы увидеть, может ли двигатель Cannae создавать тягу в вакууме:
» Тесей собирается запустить демонстрационный кубсат, который будет использовать технологию двигателей Cannae для поддержания орбиты на высоте ниже 150 миль. Этот кубсат будет поддерживать свою экстремальную высоту LEO в течение как минимум 6 месяцев. Основная цель миссии — продемонстрировать нашу технологию двигателей на орбите. Второстепенные цели этой миссии включают изменение орбитальной высоты и наклонения, выполняемое с помощью технологии двигателя Cannae».
Если это возможно, миссия с использованием ЭМ-двигателя могла бы добраться от Земли до Плутона всего за 18 месяцев, по сравнению с 9,5 годами, которые потребовались миссии New Horizons. Предоставлено: НАСА / Лаборатория прикладной физики Университета Джона Хопкинса / Юго-западный научно-исследовательский институт
Оставаясь на орбите в течение шести месяцев, у компании будет достаточно времени, чтобы увидеть, испытывает ли спутник тягу без необходимости в топливе. Хотя дата запуска еще не выбрана, ясно, что Фетта хочет приступить к запуску как можно скорее.
И, как недавно написал Дэвид Хэмблинг из Popular Mechanics, Фетта не одинок в своем желании начать орбитальные испытания. Группа инженеров в Китае также надеется испытать свою конструкцию ЭМ-привода в космосе, и сам Шойер хочет завершить этот этап в ближайшее время. Можно только надеяться, что все их стремления окажутся равными предприимчивости!
Хотя это может стать важной вехой для EM Drive, ему еще предстоит пройти долгий путь, прежде чем НАСА и другие космические агентства рассмотрят возможность их использования. Так что мы все еще далеки от космического корабля, который сможет отправить пилотируемую миссию на Марс за 70 дней (или на Плутон всего за 18 месяцев).
Дополнительная литература: Emdrive.com , Popular Mechanics , IB Times
Опубликовано Мэттом Уильямсом
Впечатление художника от планеты вокруг Альфы Центавра B. Фото: ESO
14 июля 2015 года космический зонд New Horizons вошел в историю, став первым космическим кораблем, совершившим облет карликовой планеты Плутон. С того времени он пробирался через пояс Койпера, приближаясь к Voyager 1 и 2 в межзвездном пространстве. Когда эта веха достигнута, многие задаются вопросом, куда мы должны отправить наш космический корабль дальше.
Естественно, есть и те, кто рекомендует нацелиться на ближайшую к нам звезду, особенно сторонники межзвездных путешествий и охотники за экзопланетами. Помимо того, что она является непосредственным соседом Земли, в этой системе существует вероятность наличия одной или нескольких экзопланет. Подтверждение существования экзопланет было бы одной из главных причин, по которой нужно было бы уйти. Но более того, это было бы большим достижением!
Продолжить чтение «Мы исследовали Плутон, теперь давайте исследуем ближайшую звезду!»
августа | 2015 | Арс Техника
Смоделированные циклоны вызывают возможные штормовые нагоны, превышающие исторические рекорды.
Скотт К. Джонсон –
Гравитационные взаимодействия могут испортить экзосолнечную систему.
org/Person»> Хак Ретельный –
Шахта потенциально будет снабжать Gigafactory Tesla за пределами Рино, штат Невада.
Меган Гьюсс –
В недавней статье подчеркивается мое растущее беспокойство по поводу нашей чрезмерной зависимости от мышей.
Джонатан М. Гитлин –
Подсолнух имеет огромную общую эффективность около 80% благодаря очень умной технологии.
Себастьян Энтони –
Тысячи млекопитающих, обнаруженных в Темзе после того, как они были мертвы в течение десятилетий.
Кэтлин О’Грэйди –
Последние лазейки для детерминизма выжаты в последней работе.
Джон Тиммер –
ракет RS-25 от Aerojet Rocketdyne завершили семь «горячих огневых» испытаний.
Меган Гьюсс –
Однако компания передала информацию, которая должна была насторожить чиновников.
Джон Тиммер –
Исследование показывает, что нам, возможно, придется еще больше ограничить выбросы углекислого газа.
Скотт К. Джонсон –
Крупномасштабные попытки воспроизвести научные исследования дают неоднозначные результаты.
Кэтлин О’Грэйди –
Мы пришли не хоронить Вселенную, а восхвалять ее.
Хак Ретельный –
906:40
Подписывайтесь на нас
Следуйте за нами на Facebook
Подпишитесь на нас в Твиттере
Следуйте за нами на YouTube
Подпишитесь на нас в Instagram
Последнее видео Ars >
Пол Саттер рассказывает нам о будущем изменения климата — и дела обстоят не очень хорошо
Пол Саттер рассказывает нам о будущем изменения климата — и дела обстоят не очень
Эта серия Edge of Knowledge фокусируется на нашем быстро меняющемся мире.
Читать статью полностью
Рекламное объявление
Алмазы из Канады образовались в океанской воде, которая попала в мантию.
Шалини Саксена –
Заявить, что их ребенок пострадал из-за «синдрома электромагнитной гиперчувствительности».
Джон Тиммер –
Крупный эксперимент в пабе показал, что алкоголь не делает людей красивее.
Кэтлин О’Грэйди –
Соберите часть солнечного света и направьте ее в фотоэлектрическую ячейку.
Джон Тиммер –
Испарение, вызванное потеплением, усиливает засуху на 15-20 процентов.
Скотт К. Джонсон –
Оценки рисков варьируются от «отсутствующих» до «неизбежных».
Рохини Саксена –
Более высокий уровень убийств не может быть связан исключительно с уровнем насильственных преступлений.
Рохини Саксена –
Отражение одиночных фотонов от спутников для гибкого распределения квантовых ключей.
Крис Ли –
Золотые наночастицы привносят магию квантовой механики в солнечную энергию.
Крис Ли –
Первые европейские земледельцы около 7000 лет назад, возможно, встретили кровавый конец.
Кэтлин О’Грэйди –
Новая оценка за 2000-2013 годы на 13% ниже.
org/Person»> Скотт К. Джонсон –
В отличие от других хищников, люди убивают взрослых особей и хищников, искажая популяции.
Кэтлин О’Грэйди –
Рекламное объявление
Исследование в канадской Арктике, возможно, принесло хорошие новости.
Скотт К. Джонсон –
Предварительная регистрация крупных испытаний препаратов привела к тому, что меньшее количество препаратов оказывало положительный эффект.
Кэтлин О’Грэйди –
Расчет компенсирует несовершенство волокна, может увеличить скорость передачи данных.
Исследование показало, что наклейки, предупреждающие о безрассудном вождении, имеют низкую стоимость и большое влияние на безопасность.
Рохини Саксена –
Новый отчет противоречит исследованию ВОЗ, в котором говорится, что электронные сигареты являются воротами к сигаретам.
Дэвид Кравец –
Температура, естественно наблюдаемая на Земле, но давление, ожидаемое на Юпитере.
Джон Тиммер –
908:30
Точность того, что вы видите, зависит от того, довольны ли люди темой.
Джон Тиммер –
Цель: 100 пассажиров, 1-часовой межконтинентальный перелет с испытательными полетами к середине 2030-х годов.
Шон Галлахер –
Хотя бы о своих заданиях по физике.
Скотт К. Джонсон –
Google подсчитывает количество часов солнечного света в год, оценивает экономию с помощью 3D-моделирования.
Меган Гьюсс –
Загрузить больше историй. ..
Марк Миллис о двигателе на эффекте Маха, испытания EmDrive
Лето 2017 года Марк Миллис провел в Техническом университете Дрездена, где вел курс под названием «Введение в физику межзвездных полетов и движения», который он также будет преподавать в Университете Пердью. в ноябре прошлого года. Бывший глава проекта НАСА «Прорыв в физике движения» и архитектор-основатель фонда «Тау Зеро», Марк участвовал в проекте «СпейсДрайв», которым руководил Мартин Таймар в Дрездене. Этот проект широко освещался в новостях благодаря лабораторным испытаниям двух противоречивых концепций двигателей: Двигатель с эффектом Маха и EmDrive. Обзорные комментарии Марка по моделированию для первого были почти такими же длинными, как черновой документ Таймара. Описанный ниже проект SpaceDrive представляет собой более широкую работу, которая включает в себя больше, чем эти две области — ни двигатель EmD, ни двигатель MET не достигли фазы активных испытаний в течение лета, когда он был там, — но текущая работа над обоими занимает Миллиса в последующем эссе.
Марк Миллис
Возможно, вы заметили новый поток статей о EmDrive. То, что побудило к этому раунду освещения, было промежуточным отчетом, частью прогресса в проекте Мартина Таймара «SpaceDrive» по тщательной проверке таких заявлений. Доклад Таймара на конференции [цитата ниже] — один из первых шагов по проверке на наличие ложных срабатываний. Я ожидаю, что последуют другие статьи, каждая из которых будет продвигаться к другим возможностям. Может пройти год или больше, прежде чем будут получены неопровержимые результаты. До тех пор относитесь к сообщениям в прессе об определенных выводах как к весьма подозрительным.
О работе Таймара, эта цитата из его доклада на конференции:
В рамках проекта SpaceDrive [6] мы в настоящее время оцениваем два наиболее выдающихся кандидата в двигатели, которые обещают бестопливные двигатели намного лучше, чем фотонные ракеты: так называемые EMDrive и двигатель на эффекте Маха. Кроме того, мы проводим дополнительные эксперименты, которые могут дать дополнительную информацию об исследуемых двигателях или открыть новые концепции. Чтобы должным образом протестировать подруливающие устройства-кандидаты, мы постоянно совершенствуем нашу систему балансировки тяги, а также проверяем взаимодействие двигателя с окружающей средой, которое может привести к ложным измерениям тяги.
Двигатель на эффекте Маха — это другой подход к созданию неракетного космического двигателя, но он основан на нерешенных вопросах физики, где есть шанс на новые открытия. Его теория привела к проверяемому предсказанию, которое затем превратилось в идею движущего эффекта.
Нерешенный вопрос физики: «Каково происхождение инерциальных систем отсчета?» Одна попытка ответить на этот вопрос называется «принципом Маха» (термин, введенный Эйнштейном для описания точки зрения Эрнста Маха), который примерно звучит так: «инерция здесь из-за материи там». Идея состоит в том, что явление инерции представляет собой взаимодействие между этой массой и всей окружающей массой во Вселенной (предположительно гравитационное по своей природе). Джим Вудворд подхватил вариант этого у Денниса Шиамы и заметил, что инерционная масса объекта может колебаться, если колеблется его энергия (представьте себе энергию в конденсаторе). Это привело к идее движущего эффекта за счет изменения расстояния между двумя флуктуирующими моментами инерции. В отличие от EmDrive, эта идея с самого начала обсуждалась в рецензируемой литературе, причем некоторые из наиболее важных статей:
Вудворд, Дж. Ф. (1990). Новый экспериментальный подход к принципу Маха и релятивистской гравитации, в письмах Foundations of Physics Letters , 3(5): 497-506.
Вудворд, Дж. Ф. (1991). Измерения махистских переходных флуктуаций массы, в письмах по физике , 4(5): 407-423.
Вудворд, Дж. (1994), «Метод кратковременного изменения массы объекта для облегчения его транспортировки или изменения его стационарного кажущегося веса», патент США № 5,280,864.
Вудворд, Дж. (2012). Создание звездолетов и врат , Springer.
Ферн, Х. и Вансер, К. (2014). Экспериментальные испытания двигателя на эффекте Маха. Журнал космических исследований , 3: 197-205.
Лабораторные результаты Мартина Таймара можно резюмировать следующим образом: ложноположительные толчки наблюдались в условиях, когда не должно быть никакого толчка или только незначительный толчок. Перед испытанием подруливающих устройств при их номинальных и максимальных рабочих параметрах необходимо проводить более систематические проверки. Несоответствие было более выраженным для EmDrive, чем для двигателя с эффектом Маха. В обоих случаях преждевременно делать окончательные выводы, поскольку работа над этим еще не завершена. И если какие-либо подруливающие устройства действительно пройдут все эти тесты, тогда начнутся дополнительные испытания, чтобы выяснить, как работают подруливающие устройства (изменяющиеся условия, чтобы увидеть, какие из них влияют на уровни тяги).
В случае с EmDrive для подруливающего устройства было доступно только 2 Вт из более обычных 60 Вт мощности. Даже при таком низком уровне мощности наблюдалось тяговое усилие около 4 мкН, что больше, чем 2,6 мкН, ожидаемые по заявлениям Сонни Уайта. Более показательные наблюдения заключались в том, что толчки наблюдались, когда EmDrive не должен был толкать. Когда EmDrive был направлен в сторону, не вызывающую тяги, тяги все еще наблюдались. Когда мощность двигателя подруливающего устройства была направлена на аттенюатор для дальнейшего снижения мощности двигателя в 10 000 раз, тяга на прежнем уровне все еще наблюдалась.
Эти наблюдения не сулят ничего хорошего для заявлений EmDrive о реальной тяге, но еще слишком рано решительно отвергать эти возможности. Одним из подозреваемых в ложном срабатывании является взаимодействие с током, подаваемым на устройство, и магнитным полем Земли, где ток силой 2 ампера в нескольких сантиметрах проводов может создавать тягу в диапазоне мкН. После добавления дополнительного магнитного экранирования и работы на разных уровнях мощности запланированы дальнейшие испытания.
В случае двигателя на эффекте Маха, который, кстати, не упоминался ни в одной из статей прессы, выводы были менее пессимистичными. Снова были измерены тяги, превышающие ожидаемые для низких уровней мощности (0,6 против 0,02 мкН). В отличие от несоответствия EmDrive, тяги не наблюдалось, когда двигатель на эффекте Маха был направлен в сторону, где не было тяги. Однако был случай, когда направление тяги не менялось при изменении направления двигателя. Предполагаемые причины, подлежащие дальнейшему исследованию, включают как магнитные, так и тепловые эффекты (расширения).
Совет: если вы планируете просмотреть статью Таймара. Когда я попробовал свое обычное «быстрое чтение» по бумаге, прочитав аннотацию и просмотрев рисунки, я ввел себя в заблуждение. Прочтите полный текст, сопровождающий рисунки, чтобы понять, на что вы действительно смотрите. Это короткая статья.
Что касается некоторых репрезентативных статей в прессе, вот краткая оценка
(1) Дэвид Хэмблинг, Новое исследование ставит под сомнение «невозможность» EmDrive, но эта странная идея с двигателем еще не умерла
В этой статье более подробно, чем в других статьях, рассказывается о том, что на самом деле было сделано, а что нет, и есть ссылки на источники информации. В нем не упоминается двигатель с эффектом Маха.
(2) Майк Уолл, «Невозможный» космический двигатель EmDrive действительно может быть невозможным
Здесь упоминается сомнение, но дверь остается приоткрытой. Хотя в нем не упоминается двигатель с эффектом Маха, который также проходит испытания, он, по крайней мере, дает ссылку на основную статью и упоминает, откуда он взялся.
(3) Итан Сигел, EmDrive, «невозможный» космический двигатель НАСА, действительно невозможен: многие тесты показали «аномальную тягу» там, где ее быть не должно. Исследователь наконец показал, где все остальные ошиблись
В этой статье больше говорится о старых утверждениях и ожиданиях, чем о том, что было на самом деле в новой статье. В нем не упоминается двигатель с эффектом Маха.
(4) Майк Венер, «Невозможный» бестопливный двигатель НАСА на самом деле невозможен
Еще одно краткое мнение, и опять же, никакого упоминания о двигателе на эффекте Маха.
Вывод: наука не основывается на заявлениях. Несмотря на то, что могут говорить заголовки, лабораторная работа — это вопрос совершенствования методов и уточнения предыдущих утверждений. На данный момент продолжается оценка двигателя EmDrive и эффекта Маха, без каких-либо гарантий, что какой-либо из этих эффектов может оказаться подлинным, но давайте позволим процессу развиваться.
Доклад Таймара — Tajmar et al., «Проект SpaceDrive — первые результаты по EMDrive и двигателям с эффектом Маха», представленный на конференции Space Propulsion 2018 в Севилье, Испания (полный текст).
EmDrive Роджера Шойера | Точка
EmDrive Роджера Шойера | Полная остановка
24 июня 2015 г.
Элвис Попович
Чтобы погрузиться в сердце взрывающейся звезды, чтобы сметать тонны Иллириона — будущего топлива межгалактических космических кораблей в романе Сэмюэля Р. Делани Нова — требуется неуправляемый ум, провидец, готовый обменять свое зрение на силу . Быстро развивающийся экономический кризис охватывает внешние колонии, и любой альтернативный доступ к топливу — более быстрый, чем добыча запасов в аду Новой Бразилии — стал жизнеспособным вариантом. Капитан Лорк ныряет Черный какаду в ослепительный день новой звезды, где все цвета сливаются в один. Там он переводит команды корабля в режим сенсорного ввода, его глаза все еще широко открыты, и он замечает массу Иллириона, свободно парящую в центре пылающей звезды. Он подметает его и выезжает с другой стороны, победитель полудня. Слепой.
Выгружая свой семитонный груз в порту въезда в Новую Бразилию, измученные киборгами команды перехватывают озадаченные взгляды шахтеров Иллириона: как это может быть так просто?
В 1980 году Роджер Шойер, в то время консультант по физике в британской армии, базировался на Ближнем Востоке. Когда разразилась ирано-иракская война, он эвакуировался обратно в Великобританию, присоединился к космической отрасли и возродил свой старый проект. Упреждающий режим стратегий холодной войны требовал решения перспективных проблем, которые, возможно, никогда не материализуются. Ученым сказали «думать о немыслимом», говорит Шойер. Так он и сделал. EmDrive — это двигатель, который предположительно преобразует электрическую энергию в тягу без реактивной массы. Цилиндр с асимметричными основаниями, передняя часть которого уже задней, содержит полость, в которой электромагнитные микроволны отражаются от внутренней поверхности. Дифференциал потенциала, создаваемого в валу, преобразуется в осевое движение, толкающее вперед в направлении более узкого конца. В 2001 году Шойер основал исследовательскую компанию SPR Limited для дальнейшего развития своей идеи.
По словам Шойера, множество образов, которые вымысел уже внедрил в нашу память, больше не будут просто образами: от частных летательных аппаратов наземного базирования до дешевого межпланетного транспорта для людей. EmDrive может сделать передвижение по Солнечной системе дешевле и быстрее.
Мы читаем об этом сейчас, а не десять лет назад, потому что НАСА приложило некоторые усилия для создания EmDrive. Если мы посмотрим на недавно опубликованные интервью, усилия кажутся робкими и немного неуклюжими. Даже признание того, что кто-то в Хьюстоне пытается создать тягу без толчка или тяги, нарушая ньютоновские законы сохранения энергии и импульса, может вызвать смущение. Если один прототип в Космическом центре Джонсона показал положительные результаты и создал небольшую тягу, это должно было быть результатом электромагнитных утечек в экспериментальной камере. И в любом случае, относительно необъяснимое событие проявлялось с незначительной частотой, не противоречащей случайности, всего лишь на ступеньку выше допустимой погрешности измерения.
Здоровый скептицизм легко сменяется забывчивостью о серых тропинках, по которым может следовать будущее знание. Помимо принятия желаемого за действительное и, возможно, глупого очарования, что-то от EmDrive осталось со мной. Чувство неудовлетворенности омрачает многие мои изображения постепенного ухода человека с планеты. Драматический эффект был высосан, заменен парадоксальным буферным режимом.
Не будет инженерной магии, запаха и фонового шума мотора. Отсутствие внутренней материальной логики будет обманывать желания механизмов черного ящика и научного романа: просто металлический цилиндр, вырезающий круглый срез вселенной своей полой формой. А также никаких жидкостей, утечек топлива и бесконечных войн за природные ресурсы — или провидцев, теряющих зрение ради спасения межгалактической экономики, если уж на то пошло. Отношения, которые мы поддерживаем с метательными веществами, уникальны. Внутренняя вековая работа, необходимая для их слияния, медленное накопление углеродистых ископаемых, а затем скорость, с которой мы их сжигаем, составляют черты уже знакомых нам персонажей. Весь этот генеративный нарратив исчезнет.
Сильвия Молликки, которая в настоящее время живет в Лондоне, является писателем и редактором-основателем журнала Fungiculture. Она ведет колонку для Full Stop о маловероятных экспериментах, изобретениях и теориях.
Выход не просто дешевый, а чистый, на самом деле непривычно тихий для нашего вида. Мы поздравим себя с этим и будем чувствовать себя праведными по этому поводу. И уж точно нет ничего плохого в том, чтобы вежливо летать по пространству благодаря самопроизвольной тяге; за исключением дезориентирующего анти-кульминации. Конечно, это резкое снятие напряжения кладет долгожданный конец драматическим героям, всегда жестом показывает обратно их эго. Моя, возможно, смущающая, ностальгия — это смесь подсознательной тоски по коллективному моральному наказанию и впечатления, что легкий выход означает, что мы не сможем построить что-то лучшее. Нет больше сложного слияния с миром, зависания вместе с остальным. Нет больше драмы.
Затем, говоря об имплантированных воспоминаниях, если я немного сфокусируюсь на «толчке» как типе движения, я не смогу отключить нескоординированный поток других периферийных образов. Чувственные движения тазом, метатели тяжестей, похожие на мацистов, в олимпийских эластичных костюмах, подростки в наушниках, качающие головами в честь Kid-A, обезьяны, бросающие палеолитические кости так сильно, что превращаются в 19космические корабли 60-х.
Выбираем бензиновые двигатели вместе с «Никсанбел»
Бензиновый двигатель — это надежный агрегат. Бензиновые ДВС отличаются недорогим и простым ремонтом. В отличие от дизелей они лучше переносят эксплуатацию в условиях современных мегаполисов. Правда, существуют откровенно неудачные моторы. Двигателя ведущих производителей нередко приобретают статус ненадежных. Поэтому перед выбором нового автомобиля важно знать, какие существуют самые надежные бензиновые движки.
1.4 Turbo от Опель
Это один из лучшим и самых популярных моторов эпохи уменьшения рабочего объема ДВС. Двигатель успешно продает более пяти лет и не собирается сдавать своих позиций. Есть два вида этого мотора на 120 и 140 лошадок.
Если говорить о расходе топлива, то этот агрегат демонстрирует несколько более высокие показатели в сравнении со своими конкурентами. Это объясняется отсутствием системы прямого впрыска. Такая конструкция движка позволила исключить возможность образования нагара на поверхности впускных клапанов. Подобный феномен обусловлен тем, что в камеру сгорания топливо попадает вместе с воздухом. Важным факторам для наших автовладельцев является переносимость этого двигателя внедрения газовой установки. Перевод на газ сможет сторицей нивелировать немного завышенные показатели расхода топлива.
У агрегата нет проблем с электроникой, навесным оборудованием и цепным приводом ГРМ. Правда, у некоторых автовладельцев иногда возникают проблемы с помпой. зачастую эта поломка встречается у американской версии Chevrolet Cruze. На фоне этого скандала руководство GM приняло решение о бесплатной замене всех дефективных помп. Учитывая этот факт при покупке автомобиля с этим мотором, рекомендуется осмотреть ее на предмет течи и наличия посторонних звуков.
1,4-литровый бензиновый турбомотор ставится почти во все автомобили марки Opel и популярные на европейском рынке модели Chevrolet.
Это, пожалуй, лучший бензиновый двигатель, сконструированный и выпущенный компанией VW. Он имеет традиционную конструкцию в виде одно распредвала, двух клапанов на цилиндр. Мотор получил известность и популярность в 90-е годы. Изначально двигатель ставился на всевозможные автомобили, выпускаемые под марками Audi, Seat, Skoda и Volkswagen.
Главным и фактически основным недостатком этого силового агрегата является высокий расход. Ну, а к достоинствам ДВС можно отнести:
дешевые запчасти и наличие бюджетных заменителей;
надежность;
хорошая переносимость использования стороннего газового оборудования.
Со временем владельцы могут столкнуться с поломкой дроссельной заслонки и выходом из строя катушек зажигания.
На авторынке встречаются версии на 75, 101 и 102 лошадиные силы, появившаяся в 2000 году.
При подборе машины с 102-сильным мотором в первую очередь нужно обращать на дроссельную заслонку. Неровный холостой ход и плавающие обороты будут указывать на неисправность дросселя. В некоторых случаях решить эту проблему помогает элементарная чистка дросселя. Стоимость новой запчасти составляет 100 долларов.
Силовой агрегат устанавливался на следующие модели автомобилей:
Nissan и Renault активно сотрудничают на протяжении нескольких последних лет. Итогом их сотрудничества стал выпуск бензинового 2-литрового мотора, получившего индекс MR20. этот агрегат в зависимости от модификации развивает мощность от 133 до 147 лошадок. Изначально движок ставился на машины от Nissan начиная с 2006 года. Позже он начал ставится и на машины от Renault, под новым названием M4R. особенностью этого ДВС является минимальное внутренне сопротивление. Это обусловлено специфической конструкцией движка. Преимуществом мотора является высокая надежность цепного привода ГРМ. Этот двигатель был лишен основных недостатков своего прародителя в лице мотора с индексом QR. При соблюдении регламента замены масла, а также бережной эксплуатации двигатель не должен создавать никаких проблем.
В модельном ряде Renault также есть удачный 2-литровый турбированный бензиновый мотор, не использующийся на автомобилях марки Nissan. Этот агрегат устанавливается на «заряженные» автомобили такие, как Renault Megane RS. Безусловно, он потребляет много топлива, но при этом он легко тюнингуется и имеет солидный ресурс.
Двигатели MR20/MR4 и 2-литровый турбо-движок нуждаются только в плановом техническом обслуживании и использовании качественного топлива. Эти моторы лишены проблем своих предшественников в виде неисправности катализаторов, что нередко вызывало выход из строя силовых агрегатов.
Двухлитровый MR часто встречается в машинах как французского, так и японского автоконцернов. Двигатели с индексом «MR» устанавливались в следующие автомобили:
Ниссан: Кашкай, Кашкай + 2, X-Треил 2;
Рено: Клио 3, Меган 3, Лагуна
Мотор F4RT использовался на заряженных версиях Renault.
К20 и К24 от Honda
Двухлитровый бензиновый мотор от Honda с индексом К20 это один из самых успешных и надежных ДВС последнего десятилетия. Японские инженеры сумели решить проблемы с распредвалами, наблюдавшуюся в двигателях начала 2000-х годов. Ранее распредвалы изнашивались к 150 тысячам километров пробега. Зачастую эта проблема затрагивала распредвал, отвечающий за управление впускными клапанами. В итоге эта неисправность приводила к повышенному расходу масла. При этом далеко не все автовладельцы регулярно занимались проверкой уровня масла. Масляное голодание приводило к быстрому износу трущихся деталей. Правда, даже несмотря на это хондовские моторы продолжали ехать и не ловили клин. поэтому можно говорить о надежности моторов этого японского автогиганта.
Эти силовые агрегаты не отличаются низким расходом топлива. В среднем они потребляют около 10-11 литров 95-го бензина на сотню километров пробега. Хорошие отзывы можно встретить о 2,4-литровой бензиновой четверке от Хонда.
Проблемы можно встретить только с движками К20, выпущенными в период с 2003 по 2004 год. При выборе машины учитывайте, что движок должен работать ровно и не издавать никаких посторонних звуков. Решить проблемы с распредвалом можно будет приблизительно за 500 долларов. Главное, при эксплуатации машины с такой силовой установкой нужно следить за уровнем масла.
Применение:
К20: Цивик 7 (включая Type R), Аккорд 4, FR-V и CR-V;
K24: Аккорд VII.
2.5Т R5 ОТ Volvo
Пятицилиндровый движок от шведского автоконцерна Volvo успел завоевать большую популярность у автолюбителей. Хорошие отзывы можно встретить не только о 2,5-литровой версии, но и о ДВС с объемом в 2,3 и 2,4 литра.
Турбированный 2,5-литровй движок имеет статус лучшего силового агрегата в линейке шведского автопроизводителя. Этот ДВС также устанавливается и на спортивные версии Ford Focus и Mondeo. Хорошая репутация у2 .5T R5 имеется как среди водителей, так и внутри сообщества автомехаников. В моделях, выпущенных до 2005 года, иногда встречаются проблемы с дросселем. В некоторых случаях автовладельцы сталкивались с проблемами с навесным оборудованием движка. Правда, механический износ мотора происходит не раньше 400 тысяч километров пробега. Известны случаи, когда эти моторы проезжали более 500 тысяч километров без какого-либо серьезного ремонта. Стоит отметить, что ресурса агрегата во многом зависит от качества используемого топлива, масла и регулярности технического обслуживания. Техобслуживание мотора не предполагает серьезных финансовых трат.
Зачастую проблемы с дросселем объясняются выходом из строя электродвигателя, управляющего его положением. купить новую заслонку можно за 650-700 долларов, а ее ремонт обойдется в 200-250 долларов.
Заказать этот бензиновый двигатель можно с установкой на следующие автомобили:
Вольво: C30, S40 II, V50, S60, V70, 850, C70, S80, XC60 и XC90;
Форд: Фокус ST, Фокус RS II, Мондео
2JZ и 3 UZ от Toyota
Бензиновые движки от Toyota с индексом JZ и UZ уважаются не только автолюбителями, но и автомеханиками. Благодаря надежности их часто называют танковыми моторами. Заложенный на заводе запас прочности позволяет без особых доработок выжимать с 2JZ-GE более 500 лошадок. Правда, достичь подобных мощностных показателей можно лишь при условии установки турбокита. Стоимость создания турбированной версии мотора без учета работ по установке кита и настройке ДВС, колеблется в пределе 1500 долларов. Силовой агрегат с индексом 3UZ-FE является 4,3-литровым бензиновым V8. Он также известен за счет своей выносливости, надежности и податливости к тюнингу.
Главной общей четой обеих силовых агрегатов является мощность железа и простота, а также надежность всей навесной электроники. У моторов практически нет недостатков. Единственной их проблемой можно назвать только относительно высокий расход бензина и отсутствие на рынке дешевых деталей-заменителей. При возникновении нужды в ремонте придется потратить серьезные деньги ввиду высокой стоимости оригинальных запчастей.
Эти двигателя ставились на следующие модели автомобилей:
2JZ-GE: Лексус IS300, GS, Тойота Супра GTE;
3 UZ-FE: Лексус GS 430, LS
История бензинового двигателя (ДВС) — Двигатели автомобилей
Бензиновый двигатель внутреннего сгорания прочно вошел в нашу жизнь и останется в ней еще на неопределенное время. Развитие альтернативных топливных технологий предполагает, что в некотором будущем бензиновый мотор станет в конечном счете лишь историей, однако его потенциал, по расчетам специалистов, исчерпан лишь на 75 процентов, что позволяет назвать бензиновый ДВС на данный момент одним из главных типов двигателей в нашем мире.
Изобретение бензинового мотора, как и многих других современных вещей, существование без которых сегодня немыслимо, произошло благодаря, в общем-то, случайности, когда в 1799 году французом Ф. Лебоном был открыт светильный газ – смесь водорода, окиси углерода, метана и некоторых других горючих газов. Как предполагает его название, светильный газ использовался для осветительных приборов, заменивших в то время свечи, однако в скором времени Лебон нашел ему и другое применение. Изучая свойства найденного газа, инженер заметил, что его смесь с воздухом взрывается, выделяя большое количество энергии, которую можно использовать в интересах человека. В 1801 году Лебон запатентовал первый газовый двигатель, состоящий из двух компрессоров и камеры сгорания. По существу газовый двигатель Лебона стал примитивным прототипом современного ДВС.
Нужно отметить, что попытки поставить тепловую энергию взрыва на службу человечеству предпринимались задолго до рождения Лебона. Еще в 17-м веке нидерландский ученый Христиан Гюйгенс использовал порох, чтобы приводить в движение водяные насосы, доставляющие воду в сады Версальского дворца, а итальянский физик Алессандро Вольта в конце 80-х годов 18 века изобрел «электрический пистолет», в котором электрическая искра воспламеняла смесь водорода и воздуха, выстреливая из ствола кусок пробки.
В 1804 году Лебон трагически погиб и развитие технологии внутреннего загорания на некоторое время приостановилось, пока бельгиец Жан Этьен Ленуар не догадался использовать принцип электрического зажигания для воспламенения смести в газовом двигателе. После нескольких неудачных попыток, Ленуару удалось создать работающий двигатель внутреннего сгорания, который он запатентовал в 1859 году. К сожалению, Ленуар оказался больше коммерсантом, чем изобретателем. Выпустив несколько сотен своих моторов, он заработал довольно приличную сумму денег и прекратил дальнейшее усовершенствование своего изобретения. Тем не менее, двигатель Ленуара, использовавшийся как привод локомотивов, дорожных экипажей, судов и в стационарном виде, считается первым в истории работающим двигателем внутреннего сгорания.
В 1864 году немецкий инженер Август Отто получил патент на собственную модель газового двигателя, КПД которого достигал 15-ти процентов, то есть был не только эффективнее двигателя Ленуара, но и эффективнее любого парового агрегата, существовавшего в то время. Совместно с промышленником Лангеном, Отто создал фирму «Отто и Компания», в планы которой входило производство новых моторов, которых было выпущено около 5 000 экземпляров. В 1877 году Отто запатентовал четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, однако, как оказалось, четырехтактный цикл был изобретен еще за несколько лет до этой даты французом Бо де Рошем. Судебная тяжба между этими инженерами закончилась поражением Отто, в результате чего его монопольные права на четырёхтактный цикл были отозваны. Тем не менее, конструкция двигателя Отто во многом превосходила французский аналог, что и предопределило его успех – к 1897 году было выпущено уже 42 000 таких моторов различной мощности.
Светильный газ в качестве топлива для ДВС существенно суживал область их применения, поэтому инженерами из разных стран постоянно проводились поиски нового, более доступного горючего. Одним из первых изобретателей, применивших бензин в качестве топлива для ДВС, был американец Брайтон, разработавший в 1872 году так называемый «испарительный» карбюратор. Однако его конструкция была настолько несовершенной, что он оставил свои попытки.
Лишь через десять лет после изобретения Брайтона был создан работоспособный двигатель внутреннего сгорания, работающий на бензине. Готлиб Даймлер, талантливый немецкий инженер, работавший на фирме Отто, еще в начале 80-х годов 19-го века предложил начальнику разработанный им самим проект бензинового мотора, который можно было бы использовать на дорожном транспорте, однако Отто отверг его начинания. В ответ на это Даймлер и его друг Вильгельм Майбах уволились из «Отто и Компания» и организовали собственное дело. Первый бензиновый двигатель Даймлера-Майбаха появился в 1883 году и предназначался для установки стационарно. Зажигание в цилиндре происходило от полой раскаленной трубочки, но в целом конструкция мотора оставляла желать лучшего именно из-за неудовлетворительного зажигания, а так же процесса испарения бензина.
На этом этапе требовалась более простая и надежная система испарения бензина, которая была изобретена в 1893 году венгерским конструктором Донатом Банки. Он изобрел карбюратор, ставший прообразом карбюраторных систем, известных сегодня. Банки предложил революционную по тем временам идею – не испарять бензин – а равномерно распылять его по цилиндру. Поток воздуха всасывал бензин через дозирующий жиклёр, сделанный в форме трубки с отверстиями. Напор потока поддерживался посредством небольшого бачка с поплавком, обеспечивающим постоянную пропорциональную смесь воздуха и бензина.
С этого момента в истории развитие ДВС пошло по нарастающей. Первые карбюраторные моторы имели всего один цилиндр. Рост мощности достигался за счет увеличения объема цилиндра, однако уже к концу столетия начали появиться двухцилиндровые двигатели, а с началом 20-го века все большее распространение начали получать моторы с четырьмя цилиндрами.
Чем отличается бензиновый двигатель от дизельного
Бензин против Дизеля: в чем разница.
На базовом уровне современные двигатели внутреннего сгорания работают по принципу четырех простых шагов (тактов), т.е.- всасывание, сжатие, воспламенение и выхлоп. Эти циклы снова и снова периодически повторяются когда двигатель находится в рабочем состоянии. Таким образом создается крутящий момент который передается на трансмиссию, а далее уже на колеса. Причем эти такты работы двигателя не зависят от конкретного типа используемого мотора, будь это дизельный или бензиновый двигатель. Но у этих двух моторов имеются определенные различия, в том как они выполняют данные циклы работы.
Различия в работе бензиновых и дизельных двигателей
Для бензиновых двигателей этап впуска обычно заключается во всасывании одновременно воздуха и топлива в камеру сгорания. Если же сравнивать работу с дизельным мотором, то в этот рабочий момент дизельный агрегат только всасывает воздух без топлива. Далее происходит сжатие воздуха в камере сгорания.
Зажигание тоже контролируется в каждом типе двигателей по-разному. Бензиновые моторы используют у себя свечи зажигания, которые с помощью электрической искры воспламеняют в камере сгорания топливную смесь (кислород + бензин) и тем самым запускают двигатель. В результате воспламенения топлива образуется энергия которая начинает двигать поршни в моторе.
Что касаемо дизельного двигателя, то в отличие от бензинового силового агрегата воспламенение дизельного топлива в камере сгорания происходит от силы сжатия. То есть, после этого сжатия происходит самовоспламенение топливной смеси. Как видите, все очень просто.
Как мы уже сказали, сначала в камеру сгорания дизельного мотора подается только лишь воздух, который сжимается по ходу движения поршня. В результате сильного сжатия кислород в камере сгорания сильно нагревается. В этот момент и подается дизельное топливо, которое самовоспламеняется от горячего кислорода в камере сгорания и тем самым запускается мотор.
Смотрите также: Почему двигатели V4 редко встречаются в автомобилях?
Таким образом момент воспламенения топлива в дизельных моторах контролируют топливные форсунки, тогда как в бензиновых моторах это регулируют свечи зажигания.
Стоит также отметить, что оба типа двигателей используют как правило, одинаковую систему выпуска, чтобы выпустить из камеры сгорания в результате воспламенения топлива скопившиеся газы. Это регулируется клапанами путем их открытия и закрытия когда необходимо выпустить отработанные газы, тем самым направляя их в выхлопную систему автомобиля.
Какой двигатель эффективней- Дизель или бензин?
[media=https://youtu.be/ilZyCD-QlJg]
Дизельные двигатели продолжают совершенствоваться в экологическом плане, постепенно доказывая специалистам и экологам что уровень вредных веществ в выхлопе может быть почти таким же, как и в бензиновых автомобилях. Но пока что бензиновые двигатели по-прежнему считаются более экологичными по сравнению с дизельными. Но есть в этих дизельных моторах неоспоримое преимущество, которое заключается в следующем, по сравнению с теми же бензиновыми моторами они намного экономичнее.
Действительно, в большинстве случаев дизельные двигатели значительно превосходят бензиновые агрегаты по топливной эффективности.
Это объясняется особенностью температуры самовоспламенения дизельного топлива в камере сгорания. Температурой самовоспламенения считается такая температура, при которой соотношение в смеси кислорода с топливом приводит к самовоспламенению топливной смеси.
В бензиновых же моторах наоборот, там важно, чтобы температура в соотношении бензин-кислород в камере сгорания не приводила к самовоспламенению бензина во время сжатия, поскольку это может привести к воспламенению топлива до подачи искры свечами зажигания. Это может привести к повреждению двигателя.
Чтобы этого не происходило бензиновые моторы имеют довольно низкие коэффициенты сжатия (такт сжатия, это когда определенное количество кислорода и бензина попадают в камеру сгорания). Это необходимо для того, чтобы во время сжатия резко не повышалась температура воздуха.
Поскольку дизельные моторы во время такта сжатия (впуска) не имеют внутри камеры сгорания дизельного топлива, то они могут сжимать всасываемый кислород намного сильнее, чем бензиновые двигатели. В результате такого сильного сжатия воздух в камере сгорания очень сильно нагревается и после чего в камеру сгорания попадает само дизельное топливо, которое в итоге самовоспламеняется.
Другим преимуществом эффективности дизельного двигателя является отсутствие в нем дроссельной заслонки. Когда вы нажимаете педаль газа в бензиновом автомобиле, это позволяет открывать впускные клапана в двигателе, что в свою очередь позволяет большому количеству воздуха попадать в мотор.
Соответственно получается, чем больше кислорода, тем больше энергии образуется в результате воспламенения топлива, которое в этом случае также начинает подаваться в повышенном объеме. Стоит здесь отметить, что этот процесс контролирует компьютер, который и определяет необходимое количество топлива.
В дизельных же моторах дроссельные клапана не нужны. При нажатии педали газа компьютер сам определяет, какое количество топлива необходимо подать в камеру сгорания.
В результате этого при работе дизельного мотора теряется совсем немного топлива в отличии от тех же бензиновых моторов, которые сжигают бензина зря на много больше.
Разница в соотношении топливной смеси, — воздух / топливо
Дизельные двигатели имеют способность работать в очень широком диапазоне соотношений самого кислорода и топлива в топливной смеси, которая подается в камеру сгорания.
Бензиновые же моторы работают обычно в диапазоне от 12 до 18 частей воздуха на 1 часть топлива (по массе).
Обычно такое соотношение остается близким к 14,7:1. Дело вот в чем, при коэффициенте соотношения кислорода и топлива вся топливная смесь полностью сгорает в камере сгорания.
Однако, в дизельных моторах все происходит совсем по-другому. Например, как правило, дизельный мотор работает в соотношениях кислорода от 18:1 до 70:1.
Когда вы нажимаете педаль газа в дизельном автомобиле, то это приводит к уменьшению соотношения воздуха с дизельным топливом и все за счет увеличения впрыска дизеля в камеру сгорания.
Соответственно получается, чем больше топлива, тем больше мощность. Правда, здесь надо уточнить, когда дизельные моторы работают при низком соотношении кислорода с топливом, то в процессе самого сгорания образуется много сажи.
Именно по этой причине несмотря даже на наличие системы очистки мы с вами можем наблюдать черный дым исходящий от грузовиков в тот момент, когда они начинают трогаться с места. В этот момент водители дизельных грузовиков сильно нажимают на педаль газа, чтобы сдвинуть с места эту тяжелую машину.
В этот самый момент в дизельный двигатель начинает поступать меньше кислорода, а поступает больше топлива.
Помимо всего этого существует еще множество отличий дизельных моторов от тех же бензиновых. Например, каждый тип мотора по-разному может замедлять транспортное средство при торможении двигателем.
Для получения дополнительной информации посмотрите ниже несколько видео-роликов.
Перед самим просмотром включите показ субтитров и их перевод.
Бензиновый двигатель автомобилей: типы и принцип работы
Содержание
1 Историческая справка
2 Виды бензиновых ДВС
3 Принцип действия и устройство
Бензиновый двигатель представляет собой силовой агрегат со встроенной камерой сгорания, в которой энергия сгорания топлива преобразуется в механическую работу. Такие моторы относятся к классу двигателей внутреннего сгорания.
Историческая справка
Первый двигатель внутреннего сгорания (ДВС) построил в 1807 году изобретатель из Швейцарии François Isaac de Rivaz. Правда, работал этот двигатель не на бензине, а на газообразном водороде, однако был оснащен шатунно-поршневой группой и устройством искрового зажигания.
В дальнейшем этот ДВС усовершенствовали француз Jean Joseph Etienne Lenoir (1860) и немецкий инженер Nicolaus August Otto, который в 1863 году создал атмосферный двухтактный, а в 1876 году и четырехтактный ДВС.
Первый бензиновый карбюраторный двигатель внутреннего сгорания разработали немецкие инженеры Gottlieb Wilhelm Daimler и August Wilhelm Maybach, которые использовали его при создании первых мотоциклов (1885) и автомобилей (1886). Примерно в эти же годы первый карбюраторный ДВС был создан и в России. Построил его Огнеслав Костович (1851-1916).
В дальнейшем никаких принципиальных отличий в схему построения ДВС внесено не было, а усилия большого количества инженеров со всего мира были направлены на создание высокотехнологичных бензиновых двигателей достаточно большой мощности с малым потребления топлива.
Виды бензиновых ДВС
В настоящее время на автомобилях можно встретить бензиновые двигатели, оснащенные:
карбюратором, где происходит смешивание топлива с воздухом. Затем подготовленная смесь подается в цилиндры, где поджигается искрой, которая проскакивает между электродами свечей зажигания.
инжекторной системой смесеобразования, которая осуществляется путем впрыска топливно-воздушной смеси во впускной коллектор или непосредственно в цилиндры двигателя. Для этого используются специальные форсунки. При этом существуют системы:
моновпрыска топлива (одноточечные).
распределенного впрыска топлива (многоточечные).
Управление форсунками и дозирование топлива может осуществляться при помощи:
Рычажно-плунжерного механизма – в механических системах впрыска.
Специального блока управления ЭБУ – в электронных системах впрыска.
Системой наддува, когда впуск горючей смеси или воздуха происходит под давлением, нагнетаемым турбокомпрессором. При этом значительно увеличивается мощность и коэффициент полезного действия силового агрегата.
Особое место среди бензиновых двигателей занимает роторно-поршневой двигатель (двигатель Ванкеля). Он отличается от остальных ДВС отсутствием отдельного механизма газораспределения, что значительно упрощает конструкцию мотора.
Принцип действия роторно-поршневого силового агрегата заключается в том, что за один оборот он выполняет три полных рабочих цикла. Происходит это за счет того, что в основе двигателя лежит оригинальный треугольный ротор, который, вращаясь в камере особой формы, выполняет функции поршня, коленчатого вала и механизма газораспределения. По ряду причин конструктивного и технологического характера этот бензиновый мотор широкого распространения не получил.
В автомобилестроении чаще всего используются рядные четырехцилиндровые четырехтактные бензиновые силовые агрегаты, отличающиеся от остальных:
большим ресурсом;
экологичным выхлопом;
экономичностью;
низким уровнем шума.
Принцип действия и устройство
Принцип действия любого бензинового двигателя заключается в том, что при воспламенении небольшого количества предварительно сжатой смеси высокоэнергетического топлива и воздуха в замкнутом пространстве камеры сгорания происходит выделение большого количества энергии, которого достаточно для перемещения поршня.
При этом прямолинейное, поступательно-возвратное движение поршня при помощи кривошипно-шатунного механизма преобразуется во вращательное движение коленчатого вала, который и приводит в движение транспортное средство.
К основным элементам бензиновых ДВС, которые принимают непосредственное участие в процессе преобразования тепловой энергии в механическую, относятся:
впускные и выпускные клапаны газораспределительного механизма;
поршни;
шатуны;
коленчатый вал;
свечи зажигания.
Кроме того, любой бензиновый двигатель оснащается вспомогательными системами, которые обеспечивают его эффективную работу. К ним относятся:
Система зажигания – обеспечивает поджигание топливно-воздушной смеси. Бывает контактной, бесконтактной, микропроцессорной.
Система запуска ДВС – включает в себя стартер и аккумулятор. Используется для того, чтобы принудительно провернуть коленчатый вал при запуске первого рабочего цикла двигателя. Для запуска бензиновых двигателей малой мощности часто используют мускульную силу человека (кик-стартер).
Система приготовления горючей смеси – обеспечивает приготовление и подачу топливно-воздушной смеси в камеры сгорания цилиндров мотора.
Система выпуска выхлопных газов – отвечает за своевременное удаление продуктов сгорания горючей смеси из цилиндров двигателя.
Система охлаждения – служит для отвода тепла от нагревающихся элементов мотора и обеспечивает заданный температурный режим его работы. Охлаждение может осуществляться при помощи воздуха, специальной охлаждающей жидкости, комбинированного способа.
Система смазки – предназначена для подачи моторного масла к трущимся поверхностям ДВС. Также используется для удаления нагара и продуктов износа трущихся поверхностей. Моторное масло может подаваться к местам смазки как методом разбрызгивания, так и под давлением.
Существуют также комбинированные системы смазки, в которых моторное масло смешивается в определенных пропорциях с горючей смесью. Оснащаются ими двигатели бензиновые малой мощности для моторных лодок, средств малой механизации и пр.
Автор статьи:
Николаев Сергей
Автомеханик
Читать автора
Оценка статьи:
↑ 1 ↓
Поделиться с друзьями:
Бензиновый двигатель
К концу XVIII века человечество осознало необходимость найти замену сложным и требующим слишком много внимания паровым машинам. Основную часть промышленного сектора в тот момент составляли небольшие предприятия и мастерские. Наиболее распространенными на производстве двигателями на тот момент громоздкие паровые машины. Они устраивали далеко не всех. Инженеры понимали, что для повышеня эффективности производства необходимы другие силовые установки — легко запускающиеся, малых размеров и мощности.
История изобретения бензинового двигателя
Предтечей появления двигателей внутреннего сгорания стало открытие светильного газа, сделанное на рубеже XVIII и XIX столетий французским инженером Ф. Лебоном.
Патент на способ его получения и использования он получил в 1799 году. Светильный газ стал настоящим прорывом в технике освещения.
А уже через 2 года Лебоном был получен следующий патент — на разработанную им конструкцию газового двигателя. Он состоял из камер смешения и двух компрессоров. Один из них накачивал в камеру сжатый воздух, другой – сжатый светильный газ из газогенератора. Эта смесь поступала в рабочий цилиндр и воспламенялась. Рабочие камеры располагались по обе стороны поршня и действовали попеременно.
Газовый двигатель стал первым шагом к созданию двигателя внутреннего сгорания. Но, к сожалению, разработки в этом направлении приостановились с трагической гибелью Лебона. Дальнейшие попытки многих изобретателей не привели к появлению газовой силовой установки, способной конкурировать с паровой.
Первым в мире двигателем внутреннего сгорания считается агрегат, запатентованный Жаном Этьеном Ленуаром в 1859 году.
Бельгийский инженер решил воспламенять газовую смесь с помощью электрической искры. Двигатель Ленуара был двойного действия. Воздух и газ поочередно подавались нижним золотником в полости цилиндров, расположенных по обе стороны поршня. За выпуск отработанных газов отвечал верхний золотник. Воздух и газ поступали к золотнику по отдельным каналам, при этом всасывание смеси в полость происходило только до половины хода. Потом впускное окно перекрывалось, и электрическая искра воспламеняла получившуюся смесь, заставляя ее расширяться и толкать поршень. Когда реакция заканчивалась, второй золотник выпускал отработанные газы. В это время в цилиндре, расположенном с другой стороны поршня, происходило воспламенение топливовоздушной смеси.
Чтобы избежать заклинивания поршня из-за термического расширеня, Ленуар дополнил свою конструкцию водяной системой охлаждения и системой смазки. Несмотря на низкий КПД (около 4%), сбои в системе зажигания, большой расход газа и смазки, двигатели Ленуара получили большое распространение и имели коммерческий успех.
В 1864 году появилась более совершенная газовая силовая установка, разработанная Августом Отто. Хотя он и отказался от электрического зажигания, предложенная им конструкция позволила добиться более полного расширения продуктов сгорания, а значит, и повысить КПД двигателя до 15%. Это превосходило показатели всех существовавших на тот момент устройств! К тому же, новый двигатель был экономичнее двигателя Ленуара в 5 раз.
Совершенствуя свое изобретение, Отто применил в конструкции кривошипно-шатунную передачу, заменившую зубчатую рейку. А вскоре, вместе с промышленником Лангеном, приступил к выпуску четырехтактных газовых двигателей. Этот цикл является основой работы ДВС и до сегодняшнего дня.
Использование светильного газа в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания существенно ограничивало область их применения, поэтому активные поиски доступной альтернативы не прекращались. В 1872 году американцем Брайтоном был предложен «испарительный» карбюратор, в котором в качестве топлива применялся керосин. Но конструкция его была слишком несовершенна.
По настоящему работоспособный бензиновый двигатель появился только спустя 10 лет. Его разработал Готлиб Даймлер, бывший членом правления фирмы Отто. Он представил проект бензиновой силовой установки, применимой на транспорте, но идея была отвергнута его патроном. Поэтому в 1882 году Даймлер и Майбах уходят из фирмы «Отто и компания» и создают собственную мастерскую. Их цель была амбициозна: создать легкий, компактный и мощный двигатель, способный перемещать экипаж.
Первое детище Даймлера и Майбаха было стационарным. Процесс испарения бензина и система зажигания в нем были далеки от совершенства.
Простую и надежную систему предложил конструктор Д. Банки в 1893 году. Изобретенный им карбюратор стал прообразом современных. После этого прогресс в развитии ДВС начал стремительно набирать обороты. Увеличивались объем цилиндров и их количество. Широкое распространение получили 4-цилиндровые силовые установки, обеспечивающие равномерность вращения коленчатого вала.
В первый раз бензиновый двигатель был использован на велоколяске Карла Бенца. Немецкий автоконструктор построил ее в 1885 году. Трехколесная машина развивала скорость до 16 км/ч. А через 13 лет Карл Бенц создал уже четырехколесную велоколяску, мощностью 3 лошадиные силы, которая могла «мчаться» со скоростью 30 км/ч!
Первый — в привычном нам понимании — автомобиль с бензиновым двигателем увидел свет в 1895 году. Его создали французские инженеры Р. Панар и Э. Левассор. Машина имела кузов типа седан и оснащалась силовой установкой Даймлера, которая располагалась впереди и закрывалась крышкой капота. Крутящийся момент передавался на задние колеса с помощью корданового вала. Автомобиль имел стенки кузова, лобовое стекло, крышу, резиновые шины, коробку передач и рычаг переключения скоростей. Так началась эпоха автомобилей с бензиновыми двигателями. Среди пионеров построения таких самоходных экипажей были З. Маркус, А. Пежо, Братья Рено, Ф. У. Ленчестер, Г. Остин и Г. Форд.
Устройство и принцип работы бензинового двигателя
Устройство и принцип работы современных бензиновых двигателей удобнее всего рассмотреть на примере одноцилиндровой четырехтактной установки, поскольку отличаются они только количеством цилиндров. Одноцилиндровый бензиновый двигатель состоит из: - глушителя; - пружины клапана; - карбюратора; - впускного клапана; - поршня; - свечи зажигания; - выпускного клапана; - шатуна; - маховика; - распределительного вала; — коленчатого вала.
Такт сжатия происходит при следующей половине оборота коленчатого вала. Поршень перемещается из НМТ в ВМТ. Оба клапана в этот момент остаются закрытыми. Рабочая смесь сжимается, в цилиндре возрастает давление и температура.
Такт расширения по сути является рабочим ходом. После завершения сжатия рабочей смеси, происходит ее воспламенение от искры, создаваемой свечой. Процесс сгорания приводит к возрастанию температуры и давления (2,500 гр.С и 5 МПа). Поршень начинает двигаться вниз и воздействует на шатун, который толкает коленчатый вал, предавая ему вращательное движение. Полезная работа такта расширения заключается в преобразовании тепловой энергии в механическую. Когда поршень приближается к НМТ, происходит открытие выпускного клапана, открывающего путь отработанным газам. Температура и давление в цилиндре падает (1,200 гр. С, 0,65 МПа).
Такт выпуска начинается с движением поршня в ВМТ. При этом выталкиваются отработанные газы в полностью открытый выпускной клапан. По окончании такта выпуска температура и давление в цилиндре падают (500 гр. С, 0,1 МПа). Но определенный процент отработанных газов остается в цилиндре и участвует в образовании рабочей смеси следующего такта.
Четыре такта работы двигателя повторяются циклически. Маховик, прикрепленный к коленчатому валу, способствует ровной и устойчивой работе установки.
Достоинства и недостатки бензиновых двигателей ДВС
Преимущества бензиновых ДВС — значительная мощности на единицу объема, большой ресурс, простота выхлопной системы.
Кроме того, следует отметить низкий уровень шума работы силовой установки и отсутствие необходимости в стартере. Бензиновые ДВС достигают больших оборотов и поэтому успешно применяются в небольших автомобилях и обеспечивают агрессивную динамику езды.
Недостатками бензиновых двигателей являются низкий КПД (до 30%), высокие требования к качеству топливной смеси и низкая эффективность на малых оборотов. В последнее время много нареканий звучит в адрес экологических показателей бензиновых ДВС. Высокое содержание в выхлопных газах окиси углерода пагубно влияет на окружающую среду.
Кроме этого, подобные двигатели укрепляют зависимость мирового автомобильного парка от, увы, небезграничных природных ресурсов. И, хотя, бензиновые ДВС далеко не полностью исчерпали свои потенциальные возможности, во всем мире ведутся активные поиски и разработки альтернативного топлива и источников энергии.
Какой мотор выбрать — бензиновый, дизельный или на газе? — журнал За рулем
При выборе двигателя всплывает масса вопросов: бензиновый, дизельный или работающий на газе? Атмосферный или с турбонаддувом? У каждого варианта свои плюсы и минусы.
Прочность якорной цепи равна прочности ее самого слабого звена.
Поговорка старых английских шкиперов
Бензиновый двигатель
Его правильнее называть двигателем с искровым зажиганием. Почему? Хотя бы потому, что производители топлива в некоторых странах добавляют в бензин до 20–24% этилового спирта. Таким образом, двигатель можно назвать бензоспиртовым.
Примерно до середины прошлого века в системе питания таких моторов властвовал карбюратор, а мощность, в основном, зависела от рабочего объема. В настоящее время карбюраторы вымерли, а современников я бы условно разделил на несколько групп:
безнаддувные двигатели со впрыском во впускной трубопровод (их еще называют атмосферными моторами)
двигатели с непосредственным впрыском
наддувные двигатели
двигатели с непосредственным впрыском и турбонаддувом.
Приблизительно в таком же порядке у этих двигателей растут и показатели технических характеристик, но одновременно уменьшается надежность.
Атмосферный мотор Renault
Старый добрый атмосферник фирмы Renault. Один из самых надежных и беспроблемных двигателей на нашем рынке. Сердце многих Логанов, Сандеро, Ларгусов и Дастеров.
Старый добрый атмосферник фирмы Renault. Один из самых надежных и беспроблемных двигателей на нашем рынке. Сердце многих Логанов, Сандеро, Ларгусов и Дастеров.
Безнаддувные двигатели с распределенным впрыском топлива во впускной трубопровод просты по конструкции. Они имеют надежную систему управления. Модификации с регулированием фаз на впуске и выпуске обеспечивают неплохие показатели по литровой мощности (это отношение мощности мотора к его рабочему объему в литрах). Современные двигатели рабочим объемом 1,6 л выдают мощность порядка 125–130 л.с. Улучшить удельные показатели (ту же мощность, снимаемую с единицы рабочего объема) можно только повышением частоты вращения коленчатого вала до 7–8 тыс. об/мин, но это требует создания уже совсем другого, «околоспортивного» двигателя, а также усовершенствованной трансмиссии. Например, еще в начале 1990-х Honda разработала двигатель объемом 1,6 л, который выдавал 160 л.с. Но с современными экологическими нормами о нем лучше даже не вспоминать.
GDI — Gasoline Direct Injection
GDI — Gasoline Direct Injection — впрыск бензина непосредственно в камеру сгорания. Одним из пионеров внедрения системы была фирма Mitsubishi, ну а фирма Kia (их двигатель на фото) творчески развила исследования.
GDI — Gasoline Direct Injection — впрыск бензина непосредственно в камеру сгорания. Одним из пионеров внедрения системы была фирма Mitsubishi, ну а фирма Kia (их двигатель на фото) творчески развила исследования.
Непосредственный впрыск немного улучшает показатели двигателя по мощности и экологичности. Но он ощутимо сложнее, так как требует применения топливного насоса высокого давления (ТНВД) и особых форсунок. А еще распространение таких двигателей сдерживается потребностью в топливе высокого качества. Недаром многие фирмы долгое время не поставляли такие моторы в нашу страну. У нас и без того подъезжаешь к бензоколонке как к столу с рулеткой, а тут еще и двигатель более требовательный.
двигатель с системой электронноуправляемого турбонаддува Lexus
Такой двигатель с системой электронно-управляемого турбонаддува устанавливают на автомобили Lexus.
Такой двигатель с системой электронно-управляемого турбонаддува устанавливают на автомобили Lexus.
Наддув позволяет значительно повысить показатели или уменьшить рабочий объем, сохранив ту же мощность. Полуторалитровый двигатель развивает от 150 л.с. и больше. Максимальный крутящий момент наддувника, в отличие от момента атмосферника, достигается значительно раньше, уже при частоте вращения коленчатого вала 1600–1800 об/мин., причем «полка» высокого крутящего момента может простираться до 4000–4500 об/мин. Все благодаря оптимальному снабжению воздухом поршневой части двигателя с помощью электронно-управляемого турбокомпрессора. В результате наддувный двигатель при небольших и средних нагрузках чуть экономичнее в сравнении с безнаддувным собратом при прочих равных. Такой двигатель прекрасно тянет с самых низов, а на малых оборотах потери энергии на трение меньше из-за меньших путей проходимых всеми деталями двигателя и, соответственно, выше КПД.
Материалы по теме
Газовые двигатели ЯМЗ: вектор газа
Однако статистика говорит о том, что наддувных моторов продается все-таки значительно меньше, чем атмосферных. Почему?
Первая причина — такие двигатели сложнее и несколько дороже в производстве. Да и налоговых льгот при малом рабочем объеме мотора у нас в стране нет, в отличие, к примеру, от той же Европы.
Вторая причина — ограниченный ресурс турбокомпрессора, обычно не превышающий 150 000 км пробега. Более нагружена у наддувных двигателей и поршневая часть, а где нагрузки, там и повышенный износ.
Третья причина — турбонаддув подразумевает разветвленную сеть трубопроводов, датчиков, приводов и жгутов проводов, которые могут соскочить, заржаветь и потерять герметичность. А любая поломка в системе управления может вывести из строя сам двигатель или агрегат турбонаддува. Также наддувные двигатели нежелательно глушить сразу после работы на напряженных режимах. Больше всего страдает раскаленный турбокомпрессор, т.к. циркуляция масла прекращается мгновенно, а ротор продолжает вращаться с большой частотой. К слову, турботаймер, призванный компенсировать этот недостаток, получил распространение лишь в качестве опции нештатных сигнализаций. Наконец, фанаты породистого звука признают, что выхлоп от турбодвигателей звучит недостаточно привлекательно.
Двигатель с турбонаддувом
И турбонаддув, и непосредственный впрыск на самом свежем двигателе от Kia.
И турбонаддув, и непосредственный впрыск на самом свежем двигателе от Kia.
Материалы по теме
Всё про турбокомпрессоры, или Нагнетатель обстановки
А теперь смешаем одно острое блюдо с другим. Совместим турбонаддув и непосредственный впрыск! В результате получим двигатель, который будет еще чуть мощнее, ощутимо сложнее и капризнее, да еще и чувствительнее к качеству топлива.
Может — ну его? И — виват честный атмосферник?
Дизель
Второе его название — двигатель с воспламенением от сжатия.
Будучи двигателистом по образованию, считаю, что золотой век дизелей уже миновал. Самые надежные и безотказные из них, на мой взгляд, были в 80-х годах прошлого века. Тогда на легковых автомобилях бал правили вихрекамерные дизели рабочим объемом от 1,5 до 2,5 л. Чаще — без наддува, но и снабженные турбокомпрессором тоже попадались. При этом зачастую почти всю систему питания представлял самый совершенный по тем временам дизельный топливный насос фирмы Bosch серии VE.
Системы топливного насоса высокого давления
Системы топливного насоса высокого давления: 1 — корректор по давлению наддува; 2 — электромагнитный клапан останова двигателя; 3 — корректор по температуре охлаждающей жидкости.
Системы топливного насоса высокого давления: 1 — корректор по давлению наддува; 2 — электромагнитный клапан останова двигателя; 3 — корректор по температуре охлаждающей жидкости.
У него были центробежный регулятор опережения впрыска топлива, устройство для обеспечения пусковой подачи топлива, корректор подачи в зависимости от давления наддува и термокорректор, увеличивающий количество топлива при непрогретом двигателе. Внутри был встроен топливоподкачивающий насос. И ко всей системе питания двигателя подходил только один проводок — к электромагнитному клапану. На автомобиле с таким дизелем можно было ездить без аккумулятора и генератора! Стоило вынуть запорный элемент электромагнитного клапана, как дизель становился совсем неподвластным старикам Вольту и Амперу. Пустить машину можно было с толкача, а заглушить передачей. Вот это надежность! Поэтому тогда я голосовал за такой дизель двумя руками.
Современный дизель по уровню сложности и капризности схож с наддувным бензиновым двигателем. Основная причина — система питания Common Rail, которая нагнетает огромные давления, обеспечивая при этом высокие показатели и не менее высокую цену. Прибавьте к этому мочевину и сажевые фильтры, из-за которых электроника периодически выпускает на соседей по потоку целые облака сажи. Все это делает дизель менее привлекательным с потребительской точки зрения.
дизельный двигатель
Ох, непрост современный дизель!..
Ох, непрост современный дизель!..
Резюмируя, можно сказать, что современный дизель обеспечивает отличные показатели по мощности, тяговитости, экономичности. Но часть производителей так и не решила вопрос с шумом и вибрацией, возникающими из-за гораздо более высокого давления в цилиндрах при сгорании топлива. К тому же всегда есть опасность заправиться топливом не по сезону, а это чревато проблемами с запуском двигателя в мороз. Да и надежностью дизели не блещут из-за конструктивной сложности.
Газификация
Сразу отмечу, что дополнительно установить газовое оборудование с приемлемыми затратами сил и средств можно только на двигатели с искровым зажиганием. Современный дизель перевести на газ можно только в заводских условиях. Что касается перевода на газ обычной бензиновой легковушки, то ужесточение законов, требующее сертификации подобных переделок, как-то оптимизма не прибавляет. Израсходованное время и деньги не окупятся безопасностью эксплуатации. Ведь при очень больших пробегах, а только при таких и ставят газ, «ушатать» автомобиль можно быстрее, чем дело дойдет до следующей проверки. Хотя если пройти все процедуры, то можно ездить, экономя на заправке. Правда, часть багажного отделения будет занята газовым баллоном, разгонная динамика немного снизится, а расход пусть и дешевого газа будет достаточно велик. Конечно, в среднем в два раза более низкая цена газа компенсирует этот перерасход.
Газовой оборудования для двигателя
Газовый «паук» забрался в моторный отсек к бензиновому двигателю
Газовый «паук» забрался в моторный отсек к бензиновому двигателю
Сам я около 15 лет ездил на машинах с газовым оборудованием, причем устанавливал его самостоятельно. Но то были карбюраторные автомобили, где все настройки можно было произвести без спецоборудования. Регистрацией не занимался и опрессовки баллонов не делал никогда. В те времена попросту не было механизмов такой проверки. А сейчас сертификация обязательна, без нее не заправят, без нее не дадут диагностическую карту. Недаром те годы называли лихими девяностыми… Тем не менее ездил и радовался. И это в Москве, хотя случалось и путешествовать по стране.
Итоги
Выскажу личное мнение. Первые семь лет после окончания ВУЗа занимался испытаниями и доводкой дизельных наддувных и атмосферных двигателей. Имел в личном пользовании кучу карбюраторных автомобилей отечественного производства, на многие из которых (от УАЗ-469 до Таврии) ставил газовое оборудование. Работая в издательстве, поездил на многих автомобилях отечественного и зарубежного производства. И сделал я для себя вывод, что нет ничего лучше безнаддувного бензинового двигателя с впрыском топлива и с цепным приводом ГРМ вместо ремня. Самый беспроблемный вариант! А дизельные двигатели имеет смысл ставить на достаточно тяжелые внедорожники, пикапы, развозные фургоны, малые грузовички и далее по списку, вплоть до магистральных тягачей.
Бензиновый, дизельный или газовый — какой двигатель лучше?
При выборе двигателя всплывает масса вопросов: бензиновый, дизельный или работающий на газе? Атмосферный или с турбонаддувом? У каждого варианта свои плюсы и минусы.
Бензиновый, дизельный или газовый — какой двигатель лучше?
Газовые двигатели | ИННИО Дженбахер | 0,3–10 МВт
Газовые двигатели INNIO Jenbacher доступны в диапазоне электрической мощности 0,3–10,0 МВт для отдельной генераторной установки. Газовые двигатели Jenbacher известны своей надежной работой в сложных условиях и сложных топливных газах. Газовые двигатели Jenbacher производятся в городе Йенбах, Австрия, в Тироле. Газовый двигатель Jenbacher предназначен для работы исключительно на различных типах газа и для различных применений. Jenbacher лидирует в области инноваций газовых двигателей за последние 50 лет, разработав, в том числе:
Философия управления LEANOX
Первый в мире 20-цилиндровый газовый двигатель
Первый в мире 24-цилиндровый газовый двигатель
Первый в мире газовый двигатель с двойным турбокомпрессором
Высокоэффективная концепция 4-й серии
Программное обеспечение для удаленного мониторинга и диагностики MyPlant®
Акцент на газообразном топливе обеспечивает высочайший уровень эффективности и надежности генераторов на рынке. Двигатель был разработан в вариантах, подходящих для широкого спектра различных применений, включая природный газ, биогаз, газы угольных пластов и попутный нефтяной газ. Благодаря более чем пятидесятилетнему опыту работы с газовыми двигателями по всему миру установлены тысячи двигателей Jenbacher.
Диапазон электрической мощности
Генераторы с газовым двигателем охватывают диапазон электрической мощности от 249 до 10 000 кВт:
Тип 2 (249–330 кВт и )
Тип 3 (499–1063 кВт и )
Тип 4 (844–1489 кВт и )
Тип 6 (1600–4400 кВт и )
Тип 9 (10 400 кВт и )
Ready for Hydrogen
Являясь ключевым фактором и неотъемлемой частью перехода к нулевому потреблению энергии, INNIO Jenbacher запустила линейку двигателей «Ready for h3». Газовые двигатели Jenbacher Type-4 теперь доступны как двигатели «Ready for h3», способные работать на 100% водороде
С 2022 года все остальные газовые двигатели INNIO Jenbacher будут предлагаться с опцией «Готовность к h3», способной работать на 25 % объема водорода в трубопроводном газе и иметь возможность легкого перевода с природного газа на 100 % работы водорода.
Основы газового двигателя
На приведенном ниже рисунке показаны основные принципы работы стационарного газового двигателя и генератора, используемых для производства электроэнергии. Он состоит из четырех основных компонентов – двигателя, который работает на разных газах. Как только газ сгорает в цилиндрах двигателя, сила вращает коленчатый вал внутри двигателя. Коленчатый вал вращает генератор переменного тока, что приводит к выработке электроэнергии. Тепло от процесса сгорания выделяется из цилиндров. Это должно быть либо утилизировано и использовано в комбинированной конфигурации тепла и энергии, либо рассеяно через сбросные радиаторы, расположенные рядом с двигателем. Наконец, что немаловажно, существуют усовершенствованные системы управления, обеспечивающие надежную работу генератора.
Производство электроэнергии
Газовые двигатели Jenbacher могут быть сконфигурированы для производства:
Только электроэнергии (выработка базовой нагрузки)
Электроэнергия и тепло (когенерация / комбинированное производство тепла и электроэнергии – ТЭЦ)
Электроэнергия, тепло и охлаждающая вода (тригенерация / комбинированное производство тепла, электроэнергии и охлаждения — ТЭЦ)
Электричество, тепло, охлаждение и высококачественный диоксид углерода (квадрациклы)
Электроэнергия, тепло и высокосортный диоксид углерода (парниковая когенерация)
Газовые двигатели обычно используются в качестве стационарных установок непрерывного производства, но также могут работать в качестве пиковых электростанций и в теплицах, чтобы компенсировать колебания местного спроса или предложения электроэнергии. Они могут производить электроэнергию параллельно с местной электросетью, в автономном режиме или для выработки электроэнергии в отдаленных районах.
Энергетический баланс газовых двигателей
Эффективность и надежность
Эффективность двигателей Jenbacher до 49,9 % обеспечивает выдающуюся экономию топлива и одновременно высочайший уровень экологических характеристик. Двигатели также зарекомендовали себя как очень надежные и долговечные во всех областях применения, особенно при использовании природного и биологического газа. Генераторы Jenbacher известны своей способностью постоянно генерировать номинальную мощность даже при переменных условиях газа.
Запатентованная система управления сжиганием обедненной смеси LEANOX®, установленная на всех двигателях Jenbacher, гарантирует правильное соотношение воздух/топливо при любых условиях эксплуатации, чтобы свести к минимуму выбросы выхлопных газов при сохранении стабильной работы. В сочетании с системой LEANOX® газовый смеситель Jenbacher уравновешивает колебания теплотворной способности, которые возникают в основном при использовании биогаза. Двигатели Jenbacher известны не только своей способностью работать на газах с чрезвычайно низкой теплотворной способностью, низким метановым числом и, следовательно, степенью детонации, но и на газах с очень высокой теплотворной способностью.
Возможные источники газа варьируются от низкокалорийного газа, получаемого при производстве стали, химической промышленности, древесного газа и пиролизного газа, получаемого при разложении веществ под действием тепла (газификации), свалочного газа, сточных газов, природного газа, пропана и бутана, которые имеют очень высокая теплотворная способность. Одним из наиболее важных свойств, связанных с использованием газа в двигателе, является детонационная стойкость, оцениваемая в соответствии с «метановым числом». Высокая стойкость к детонации Чистый метан имеет метановое число 100. В отличие от этого, бутан имеет число 10 и водородное число 0, которое находится в нижней части шкалы и, следовательно, имеет низкую стойкость к детонации. Высокая эффективность двигателей Jenbacher становится особенно полезной при использовании в ТЭЦ (комбинированное производство тепла и электроэнергии) или в системах тригенерации, таких как системы централизованного теплоснабжения, больницы, университеты или промышленные предприятия. Поскольку правительство оказывает давление на компании и организации с целью сокращения их углеродного следа, эффективность и отдача энергии от установок ТЭЦ и тригенерации являются предпочтительным энергетическим ресурсом.
Здесь вы найдете самую свежую информацию и информационные бюллетени о Jenbacher от INNIO.
Двигатели, работающие на природном газе
Двигатели, работающие на природном газе
Ханну Яаскеляйнен
Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet. Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.
Газовые двигатели большой мощности
Abstract : Двигатели, работающие на природном газе, могут варьироваться от небольших двигателей малой грузоподъемности до низкоскоростных двухтактных судовых двигателей мощностью более 60 МВт. Доминирующим циклом двигателя может быть либо Отто, либо Дизель, с использованием нескольких различных методов приготовления смеси и воспламенения. Большинство коммерческих и экспериментальных двигателей, работающих на природном газе, можно разделить на четыре типа технологий: (1) двигатели со стехиометрическим циклом Отто; (2) двигатели с обедненной смесью, цикл Отто; (3) двухтопливные двигатели смешанного цикла (сочетание двигателей Отто и Дизеля) и (4) дизельные двигатели, работающие на природном газе. Эти технологии демонстрируют различия в термической эффективности, производительности и требованиях к последующей обработке.
Введение
Двигатели с премиксами
Двигатели без предварительного смешения
Низкая стоимость природного газа по сравнению с дизельным топливом и бензином в сочетании с различными мерами регулирования, связанными с выбросами, по-прежнему вызывают значительный интерес к природному газу как к альтернативному топливу для двигателей внутреннего сгорания. Производители двигателей отреагировали на это поставкой новых специально построенных двигателей на природном газе, размеры которых варьируются от небольших двигателей малой мощности мощностью в несколько кВт до низкоскоростных двухтактных судовых двигателей мощностью более 60 МВт. В 2019 году, WinGD заявила, что их двухтопливный двигатель 12X92DF является самым мощным двигателем, работающим по циклу Отто, мощностью 63 840 кВт [4829] . OEM-производители и поставщики запчастей также предоставляют комплекты для переоборудования, которые позволяют переоборудовать существующие дизельные и бензиновые двигатели для работы на природном газе.
Двигатели, работающие на природном газе, можно разделить на категории по многочисленным параметрам, в том числе: подготовка смеси (предварительно смешанная или не смешанная), зажигание (искровое зажигание или дизельное пилотное) и преобладающий цикл двигателя (отто или дизель). Одна из распространенных категорий: Рисунок 1 [4247] :
Предварительно смешанная заправка, искровое зажигание, только природный газ
Непосредственный впрыск природного газа под высоким давлением, дизельное запальное зажигание, двойное топливо природный газ/дизель
Рисунок 1 . Три категории двигателей на природном газе
(Источник: Wartsila)
Хотя приведенная выше группа адекватно охватывает коммерческие двигатели объемом до 2,5 л/цилиндр, когда также рассматриваются более крупные двигатели, это создает некоторые проблемы при представлении общих концепций между некоторыми из различных подходов. В частности, двухтопливные двигатели, работающие на обедненной смеси, зажигаемые небольшим (<~5% энергии топлива) дизельным микропилотом, имеют больше общего с двигателями SI, работающими на обедненной смеси, чем с двухтопливными двигателями, использующими гораздо больший пилотный дизель (>~15 %). % энергии топлива). Он также не охватывает некоторые концепции, находящиеся на стадии разработки. Следующая классификация является более общей и отражает общие концепции различных подходов:
Двигатели со стехиометрическим циклом Отто
Работа на обедненной смеси, двигатели с циклом Отто
Двухтопливные двигатели смешанного цикла (сочетание Отто и Дизеля)
Двигатели на природном газе дизельного цикла
Двигатели со стехиометрическим циклом Отто используют предварительно смешанную «почти стехиометрическую» воздушно-топливную смесь и зажигаются от свечи зажигания. Важной мотивацией для использования стехиометрических двигателей является тот факт, что они могут использовать трехкомпонентный катализатор (TWC), иногда также называемый катализатором неселективного каталитического восстановления (NSCR), для снижения содержания NOx и окисления CO и углеводородов в выхлопных газах. . Следует отметить, что пиковая эффективность преобразования NOx, CO и HC в TWC на природном газе как раз соответствует стехиометрии, а двигатели, работающие на природном газе, работающие на «стехиометрической» топливно-воздушной смеси, обычно откалиброваны для работы с небольшим обогащением. Это отражено в терминологии, используемой для стационарных двигателей, работающих на природном газе, для которых двигатели, работающие на природном газе, использующие смесь, близкую к стехиометрической, иногда называют двигателями с «богатым горением».
В двигателях с циклом Отто, работающих на обедненной смеси, используется обедненная предварительно смешанная топливно-воздушная смесь с несколькими вариантами зажигания. Свеча зажигания или дизельный микропилот — два наиболее распространенных варианта. Свечи накаливания также имеют ограниченное коммерческое применение. Одним из важных преимуществ двигателей с циклом Отто, работающих на обедненной смеси, является их высокая тепловая эффективность торможения (BTE), которая во многих случаях может достигать 50%. Если в двигателях, работающих на обедненных смесях, требуется обработка выхлопных газов, SCR с мочевиной является вариантом контроля NOx. Катализаторы окисления метана требуют высокой температуры выхлопных газов, чтобы быть эффективными, и их можно использовать только в некоторых стационарных приложениях.
В двухтопливных двигателях смешанного цикла используется обедненная предварительно смешанная воздушно-топливная смесь, воспламеняемая мощным пилотным дизельным двигателем, что составляет более ~ 15% общей энергии топлива. Они упоминаются здесь как двигатели смешанного цикла, потому что дизельный пилот вносит значительный вклад в общее выделение тепла во время сгорания предварительно смешанного заряда природного газа/воздуха. Важным преимуществом этого подхода является то, что существующие дизельные двигатели (либо используемые двигатели, либо существующие платформы дизельных двигателей от производителя двигателей) могут быть относительно легко переоборудованы для работы на природном газе — популярное соображение, когда разница в цене между дизельным топливом и природным газом велика. большой.
В дизельных двигателях, работающих на природном газе, природный газ предварительно не смешивается с воздухом. Вместо этого природный газ впрыскивается непосредственно в камеру сгорания под высоким давлением почти так же, как это делается в дизельном двигателе. Однако, в отличие от дизельных двигателей, требуется источник воспламенения. Основным средством зажигания форсунок природного газа является зажигание небольшого дизельного пилота непосредственно перед впрыском газа. Этот подход иногда называют прямым впрыском под высоким давлением (HPDI) или газодизельным двигателем. Зажигание через свечу накаливания или свечу зажигания с предварительной камерой также исследуется. Важным преимуществом этого подхода является то, что достигается более высокая плотность мощности и может использоваться более высокая степень сжатия по сравнению с подходами с предварительным смешиванием.
Таблица 1 суммирует эти подходы с дополнительными подробностями, представленными ниже. Доступны и другие сводки, аналогичные таблице 1, но в основном они касаются только тяжелых условий эксплуатации [3568] [4323] .
Таблица 1 Сравнение различных систем сгорания для двигателей, работающих на природном газе
Стехиометрический цикл Отто
Бедно-сжигательный цикл Отто
Двухтопливный смешанный цикл
Diesel Cycle
State of air/fuel mixture
Premixed
No premixing
Overall AFR
Stoichiometric
Lean
Dominant engine cycle
Otto
Otto/Diesel
Дизель
Технология
Варианты зажигания
Свеча зажигания, открытая камера
Свеча зажигания, открытая камера
Свеча зажигания, форкамера (пассивная или активная)
Возможна работа только на дизельном топливе (только на двух видах топлива)
Работает с СПГ или СПГ
100% дизельная подстанция (кроме дизельной микропилотной)
Замена дизельного топлива на >99 % дизельным микропилотом
Высокая эффективность
Без свечей зажигания
Возможна работа только на дизельном топливе
Возможна модернизация существующих дизельных двигателей
Работает с СПГ или СПГ
Высокая удельная мощность
Ударопрочный
Высокая эффективность
Можно не использовать свечи зажигания
Замещение дизельного топлива до 95 %
Низкий уровень CH 4 Выбросы
Устойчивость к изменениям состава топливного газа
Проблемы
Срок службы свечи зажигания
Меньшая удельная мощность по сравнению с дизельным двигателем
Низкий КПД по сравнению с дизелем
Работа с высокой нагрузкой может быть ограничена по детонации
Срок службы свечи зажигания (только при искровом зажигании)
Несгоревший CH 4 Выбросы
Работа с высокой нагрузкой на NG может быть ограничена по детонации
Замена дизельного топлива ограничена ~50-85%
Пропуски зажигания при малой нагрузке с NG
Несгоревший CH 4 Выбросы
Работа с высокой нагрузкой на NG может быть ограничена по детонации
Работа только на дизельном топливе невозможна
СПГ только для мобильных приложений. Для СПГ требуется мощный компрессор с большой площадью основания
Высокая стоимость и сложность
PM и NOx требуют полностью дизельного ATS (для тяжелых условий эксплуатации)
###
Газовые двигатели
для внедорожников｜Новые продукты｜Промышленные двигатели｜YANMAR
Газовые двигатели новой разработки для внедорожной техники 4TN88G/4TN98G
ЛУЧШИЙ ВЫБОР ДЛЯ ВНЕДОРОЖНОЙ МОБИЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
Газовые промышленные двигатели, работающие на сжиженном нефтяном газе (СНГ) и отвечающие требованиям Агентства по охране окружающей среды США※1 Tier2, CARB※2 для внедорожных двигателей LSI※3 и нормам выбросов ЕС Stage V. Добавив к своей линейке две экологически чистые и тихие модели промышленных двигателей, 4TN88G: максимальная мощность 44,2 кВт※4 и 4TN98G: максимальная мощность 63,0 кВт※4, YANMAR готова лучше удовлетворить разнообразные потребности своих клиентов. Кроме того, Yanmar планирует представить модели с двухтопливным двигателем※5, которые могут работать как на сжиженном нефтяном газе, так и на бензине.
※1 EPA：Агентство по охране окружающей среды США
※2 CARB: Калифорнийский совет по воздушным ресурсам
※3 LSI：Большое искровое зажигание
※4 Максимальные значения выходной мощности — это валовые значения, основанные на SAE1995.
※5 Двухтопливный двигатель: двигатели, которые могут работать как на сжиженном нефтяном газе, так и на бензине за счет реализации каждой системы впрыска топлива на двигателе
Характеристики
Газовые двигатели производят очень мало PM (твердых частиц)※6 и сравнительно тише дизельных двигателей. Это делает их идеальными для работы в помещении и на закрытых территориях, где особое внимание уделяется охране окружающей среды. YANMAR имеет более чем 30-летний опыт работы с газовыми двигателями. Этот многолетний опыт вместе с нашими глубокими знаниями технологии промышленных дизельных двигателей позволили нам разработать запатентованную систему сжигания газа для высокопроизводительных, экономичных и компактных двигателей, которые демонстрируют долговечность и надежность, необходимые для промышленного применения, и приносят новую ценность нашим клиенты. YANMAR теперь может предоставить клиентам «универсальное решение», в соответствии с которым YANMAR может предложить дизельный или газовый источник питания в рамках единого торгового контакта с максимальной совместимостью с оборудованием заказчика. Добавив эти новые газовые двигатели к существующей линейке промышленных двигателей YANMAR, YANMAR имеет хорошие возможности для удовлетворения потребностей клиентов с помощью универсального спектра решений в области энергетики.
※18:00: Твердые частицы представляют собой опасные частицы, взвешенные в воздухе.
Более высокая удельная мощность и крутящий момент по сравнению с дизельными двигателями
Благодаря стехиометрическому сгоранию※7 и многоточечной системе впрыска※8 запатентованная система управления двигателем Yanmar оптимизирует впуск воздуха для достижения еще большей мощности и крутящего момента, чем у наших дизельных двигателей. Результатом является бескомпромиссная производительность техники наших клиентов с преимуществами использования газа в качестве топлива.
※7 Стехиометрическое сгорание: Стехиометрическая смесь для газового двигателя представляет собой идеальное соотношение воздуха и топлива, при котором все топливо сгорает без избыточного воздуха.
※8 Система многоточечного впрыска: система, которая впрыскивает газовое топливо в каждое отверстие воздухозаборника цилиндра.
Лучшая в своем классе топливная экономичность
Благодаря многолетнему опыту разработки газовых двигателей была реализована система сгорания, оптимизированная для сжиженного нефтяного газа, путем реализации высокой степени сжатия и снижения потерь на впускном насосе. Это привело к снижению расхода топлива на 10%※9.по сравнению с существующими смесительными системами※10, что приводит к увеличению времени работы резервуара для сжиженного нефтяного газа того же размера и снижению стоимости жизненного цикла для клиента.
※9 Цифры рассчитаны путем сравнения результатов испытаний газовых двигателей Yanmar со смесителем и новых газовых двигателей.
※10 Смесительная система: В системе используется воздушно-газовый смеситель, конструкция которого основана на эффекте Вентури.
Долговечность и надежность блок дизельного двигателя
В основе двигателя лежит превосходная износостойкость картера промышленного дизельного двигателя Yanmar, а также оптимизированные системы охлаждения и материалы для термостойкости высокотемпературных компонентов, таких как головка блока цилиндров, впускные и выпускные клапаны и поршни, что означает, что долговечность и надежность Требуемое от промышленных двигателей реализуется даже при высоких температурах сгорания, характерных для стехиометрического сгорания.
Компактная конфигурация двигателя
Запатентованная компанией Yanmar компактная система топливовоздушной смеси позволяет сделать двигатель более компактным (примерно на 9%) за счет отказа от обычных газовых двигателей со смесительной системой. Кроме того, наш опыт установки промышленных дизельных двигателей на различное промышленное оборудование означает, что компоновка двигателя оптимизирована для облегчения установки на вилочные погрузчики, строительную технику, сельскохозяйственное оборудование и многое другое.
Совместимость с дизельными двигателями
Благодаря использованию тех же компонентов приложений и интерфейсов прикладного программного обеспечения, которые используются с машинами и сервисными инструментами, представленными на рынке для использования с дизельными двигателями Yanmar, обеспечивается высокая степень совместимости между дизельными и газовыми двигателями. установки.
Вопросы и поддержка
Скачать каталог
Часто задаваемые вопросы
Поиск дилера
Контакт
Объем рынка газовых двигателей и доля
Объем мирового рынка газовых двигателей в 2019 году составил более 4,34 млрд долларов США и, по прогнозам, превысит 6,05 млрд долларов США к 2027 году, демонстрируя среднегодовой темп роста 5,6% в течение прогнозируемого периода.
Газовый двигатель представляет собой поршневой двигатель внутреннего сгорания, который в основном работает на природном газе и других специальных газах, таких как сланцевый газ, шахтный газ, биогаз, газ из органических отходов, канализационный газ и синтетический газ. Эти двигатели обычно достигают КПД более 90% благодаря их высокому электрическому и тепловому КПД, низким эксплуатационным расходам и затратам на обслуживание, а также высокой надежности. Они используются для различных приложений, включая производство электроэнергии, когенерацию, механический привод и тригенерацию, такие как схемы централизованного теплоснабжения, больницы, университеты или промышленные предприятия.
Пандемия COVID-19 затормозит экономический рост, вызванный ростом задержек проектов
Пандемия COVID-19 очень сильно ударила по мировой экономике. Его влияние на несколько секторов бизнеса, таких как производство, нефть и газ, авиация, гостиничный бизнес и другие, было явным и беспрецедентным. Такие меры, как блокировка и ограничения после пандемии, привели к тому, что экономика по всему миру подавилась. Они еще больше нарушили цепочки поставок, задержали проекты и создали нехватку рабочей силы.
В некоторых странах сектор возобновляемых источников энергии в основном зависит от импорта из других регионов, в первую очередь из Китая. Около 60% двигателей и генераторных установок производятся в США и поставляются по всему миру. Разработчики проектов газовых двигателей по всему миру обеспокоены задержками проектов из-за замедления производства в США. Крупные поставщики также наблюдают задержки производства из-за COVID-19, что приводит к огромному отставанию в выполнении заказов. Эти факторы, вероятно, будут препятствовать росту рынка в прогнозируемом периоде.
ПОСЛЕДНИЕ ТЕНДЕНЦИИ
Запросите бесплатный образец , чтобы узнать больше об этом отчете.
Растущий спрос на распределенную генерацию электроэнергии является важной тенденцией
Строительство новых электростанций и линий электропередач требует огромных инвестиций и высокого уровня обслуживания. Большинство государственных компаний предпочитают экономичные способы удовлетворения спроса на электроэнергию. По данным Всемирного энергетического совета (WEC), ожидается, что мировой спрос на электроэнергию удвоится к 2060 году по сравнению с нынешним уровнем. Из-за растущего стремления интегрировать природный газ в структуру производства электроэнергии и улучшить инфраструктуру, связанную с природным газом, распределенная генерация электроэнергии на основе газовых двигателей быстро становится экономичным решением для государственных компаний.
Основные игроки рынка, такие как Caterpillar Inc. и MAN SE, предлагают двигатели с низким уровнем загрязнения окружающей среды, работающие на природном газе, обладающие максимальной надежностью и высочайшей энергоэффективностью. Двигатели, работающие на природном газе, работают лучше, чем угольные электростанции, потому что их можно быстро включать и выключать. Например, по данным Международного энергетического агентства (МЭА), к 2040 году общий объем поставок ископаемого топлива достигнет 80%, что сделает двигатели на природном газе наиболее предпочтительным видом топлива в будущем.
ДВИЖУЩИЕ ФАКТОРЫ
Текущее развитие технологии производства электроэнергии для стимулирования роста
Потребление электроэнергии в развивающихся странах, таких как Китай, Индия, Бразилия и Мексика, значительно увеличилось за последние несколько лет. Сильный рост экономики, процветающий производственный сектор и рост населения привели к увеличению потребления энергии. Кроме того, в связи с расширением развивающихся стран и повышением уровня жизни существует более высокий спрос на потребление энергии.
Например, в сентябре 2020 года Управление энергетической информации США (EIA) прогнозировало, что глобальное потребление энергии вырастет примерно на 50% к 2050 году, при этом общее потребление в жилых и коммерческих зданиях увеличится с 91 квадриллиона британских тепловых единиц (БТЕ) до 139 квадриллионов БТЕ, демонстрируя увеличение примерно на 65%.
В связи с ростом спроса на электроэнергию несколько округов по всему миру увеличивают свои мощности по выработке электроэнергии за счет увеличения мощности существующих или установки новых электростанций. Из-за строгих государственных норм в отношении выбросов углерода компании быстро склоняются к использованию возобновляемых источников энергии для производства электроэнергии. Они особенно предпочитают газовые двигатели, которые используют природный газ в качестве источника топлива.
Внедрение более строгих норм выбросов для стимулирования роста
Различные факторы, стимулирующие рост мирового рынка, включают растущий спрос на технологии производства электроэнергии на газовом топливе и повышенное внимание к сокращению выбросов углерода. По данным Управления энергетической информации США (EIA), добыча природного газа выросла на 9,8 млрд кубических футов в сутки в 2019 году, что на 10 % больше, чем в 2018 году. Эти двигатели широко используются на электростанциях для подачи энергии для привода генератор для производства электроэнергии и питания различных коммунальных служб. Они также обеспечивают высокую скорость работы, быстрый запуск и гибкую эффективность нагрузки в соответствии с потребляемой мощностью. Ожидается, что такие факторы увеличат использование двигателей, работающих на природном газе, для производства электроэнергии.
Многие страны мира, включая Канаду, Индию и Германию, сосредоточены на разработке двигателей на природном газе для электростанций. Например, в соответствии с Предполагаемым национальным вкладом (INDC) Канада стремится к 2030 году сократить выбросы парниковых газов на 30% по сравнению с уровнем 2005 года. Такие факторы приведут к увеличению количества установок на электростанциях, поскольку эти двигатели производят меньше выбросов углерода, чем уголь. и дизельные двигатели.
ОГРАНИЧИВАЮЩИЕ ФАКТОРЫ
Ограниченные запасы природного газа и разница в ценах в разных странах препятствуют росту
Ожидается, что неравномерность запасов природного газа и колебания цен на него будут препятствовать росту рынка. Согласно BP Energy Outlook 2019, две трети мировых запасов природного газа находятся в странах бывшего Советского Союза, таких как Иран и Катар. Кроме того, разведка и поставка большей части природного газа в мире сосредоточены в нескольких странах, что еще больше привело к неравенству цен для дистрибьюторов.
Согласно отчету Управления энергетической информации США (EIA) под названием «Краткосрочные перспективы развития энергетики» (STEO), в августе 2020 года цена на природный газ составляла в среднем 2,30 доллара США за миллион британских тепловых единиц (MMBtu), по сравнению с в среднем 1,77 долл. США/млн БТЕ в июле. Управление энергетической информации (EIA) также ожидает, что растущий внутренний спрос и увеличение экспорта природного газа в сочетании с сокращением добычи приведут к росту цен на природный газ до среднемесячного уровня 3,40 долл. США/млн БТЕ в январе 2021 года. препятствуют росту рынка газовых двигателей в течение прогнозируемого периода.
СЕГМЕНТАЦИЯ
Анализ по типу продукции
Сегмент природного газа будет занимать значительную долю благодаря своей способности снижать выбросы углерода другие. Природный газ является основным сегментом рынка, поскольку он является наиболее чистым ископаемым топливом и имеет низкий уровень выбросов углерода по сравнению с другими видами топлива, такими как биогаз, генераторный газ и канализационный газ. Природный газ также не содержит твердых частиц, что помогает снизить износ двигателя.
По анализу выходной мощности
Сегмент 1–2 МВт, который будет быстро расти за счет роста использования в производстве электроэнергии и когенерации 2 МВт, 2–5 МВт, 5–10 МВт и 10–20 МВт. На сегмент 1-2 МВт приходилась основная доля рынка газовых двигателей в 2019 году, и ожидается, что он будет расти, поскольку эти генераторы в основном используются в производстве электроэнергии и когенерации. При когенерации двигатели вырабатывают мощность вместе с энергией для отопления помещений и нагрева воды, что позволяет экономить энергию до 60%.
Анализ приложений
Чтобы узнать, как наш отчет может помочь оптимизировать ваш бизнес, обратитесь к аналитику
Увеличение расходов на производство электроэнергии для увеличения роста этого сегмента Рынок разделен на производство электроэнергии, механический привод, когенерацию и другие. На сегмент производства электроэнергии приходилась основная доля в 2019 году, и ожидается, что он сохранит свое доминирующее положение в течение прогнозируемого периода. Эти двигатели в основном используются для выработки электроэнергии на производственных предприятиях, в коммерческих зданиях, общественных зданиях и коммунальных службах для выработки электроэнергии на месте. Правительства развивающихся стран по всему миру тратят значительные средства на строительство новых газовых электростанций из-за растущего спроса на экологически чистую энергию.
REGIONAL INSIGHTS
Объем рынка газовых двигателей в Северной Америке, 2019 г. (млрд долларов США)
проанализированы в пяти ключевых регионах, а именно в Северной Америке, Европе, Азиатско-Тихоокеанском регионе, на Ближнем Востоке и в Африке и Южной Америке. На Северную Америку приходилось основная доля в 2019 году, и ожидается, что она сохранит свои позиции в течение прогнозируемого периода, поскольку электроэнергия, работающая на природном газе, широко распространена в США. к 2050 г. будет составлять более 35% от общего объема производства электроэнергии9.0003
Европа также является важным регионом на мировом рынке газовых двигателей. В большинстве европейских стран всегда холодный климат. Следовательно, им требуется тепло для жилых и коммерческих помещений, что приводит к огромному спросу на когенерационные приложения.
Ожидается, что Азиатско-Тихоокеанский регион станет самым быстрорастущим регионом в мировой индустрии газовых двигателей в течение прогнозируемого периода. Ожидается, что растущий спрос на электроэнергию в регионе будет стимулировать рост этого региона. Многие страны, такие как Индия, Япония и Южная Корея, постоянно сосредоточены на внедрении чистых и надежных источников энергии. Ожидается, что эти факторы будут способствовать росту рынка в регионе в течение прогнозируемого периода.
Латинская Америка обладает потенциальными возможностями роста благодаря новым инвестиционным проектам и инновациям. В то же время правительства и многие другие компании планируют реализацию инвестиционных проектов по строительству, расширению и модернизации электростанций. По данным Vostock Capital, компании, занимающейся проведением мероприятий в сфере B2B, в различных странах Латинской Америки наблюдается рост спроса на энергию на 1,9%, что приведет к резкому увеличению спроса на газовые двигатели в этом регионе.
Ближний Восток и Африка являются важным регионом, занимающимся добычей нефти и газа, так как он содержит 50% доказанных мировых запасов природного газа. Страны Персидского залива на Ближнем Востоке являются самыми быстрорастущими с точки зрения спроса на энергию. Это связано с увеличением потребления электроэнергии, сезонной нестабильностью и быстрым промышленным ростом. Следовательно, эти факторы, вероятно, будут стимулировать применение этих двигателей в регионе.
КЛЮЧЕВЫЕ ИГРОКИ ОТРАСЛИ
Caterpillar Inc. сосредоточена на расширении своей линейки продуктов и использовании своих каналов для распространения новых продуктов
На рынке представлено большое количество мелких и крупных игроков, поставляющих продукцию для различных областей применения, что формирует конкурентную среду. Эти ключевые игроки активно работают на страновом и региональном уровнях, что ограничивает их возможности для эффективного удовлетворения зарубежных потребностей. Однако некоторые компании, такие как Caterpillar Inc., Cummins Inc., Wärtsilä, Rolls-Royce plc, INNIO, MAN SE и Siemens Energy, обладают значительной интеграцией с местными партнерами по продажам, что позволяет им сохранять существенное присутствие в мире.
Компания Caterpillar Inc. является ведущим производителем строительного и горнодобывающего оборудования, дизельных и газовых двигателей, промышленных газовых турбин и дизель-электрических локомотивов. Компания в основном работает в трех сегментах: строительная промышленность, ресурсная промышленность и энергетика и транспорт. Он постоянно участвует в слияниях и поглощениях и запусках новых продуктов.
Например, в августе 2020 года компания Caterpillar Inc. выпустила генераторную установку Cat C32B, работающую на природном газе. Это высокопроизводительный судовой двигатель мощностью 2000 л. с. с номинальной частотой вращения 2300 об/мин. Он будет доступен с рейтингами, которые соответствуют нормам выбросов IMO II и EPA Tier 3.
Список ключевых компаний, профилированных:
Caterpillar Inc. (Соединенные Штаты)
Cummins Inc (США)
Wärtsilä (Finland)
Wärtsilä (Finland)
Wärtsilä (Finland)
Wärtsilä (Finland)
9000
Wärtsilä)
INNIO Group (Австрия)
MAN SE (Германия)
Siemens Energy (Германия)
MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. (Япония)
Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (Япония)
НИНБО C.S.I. POWER & MACHINERY GROUP CO., LTD. (Китай)
IHI Power Systems Co., Ltd. (Япония)
JFE Engineering Corporation (Япония)
Hyundai Heavy Industries Co., Ltd. (Южная Корея)
Liebherr (Швейцария)
5
5
R Schmitt Enertec GmbH (Германия)
ОСНОВНЫЕ РАЗРАБОТКИ В ОТРАСЛИ:
Ноябрь 2018 г. – Rolls-Royce подписала контракт на установку двух газовых установок для сжигания топлива C-Energy Чешская республика. Эти новые двигатели основаны на 20-цилиндровом среднеоборотном V-образном двигателе Rolls-Royce B36:45. Серия двигателей потребляет мало топлива и обеспечивает низкий уровень выбросов NOx, CO2, SOx и твердых частиц.
Октябрь 2019 г. — Компания Caterpillar Inc. выпустила первую генераторную установку, работающую на природном газе, — Cat G3516C. Он оптимизирован для работы на бедном угольном метане (LCMM) для местных горнодобывающих предприятий.
ПОКРЫТИЕ ОТЧЕТА
Инфографическое представление рынка газовых двигателей
Просмотреть полную инфографику
Чтобы получить информацию о различных сегментах, поделитесь с нами своими запросами. Несколько методологий и подходов используются для того, чтобы сделать значимые предположения и точки зрения для формулировки отчета об исследовании рынка. Кроме того, он содержит подробный анализ и информацию по ключевым сегментам рынка, включая типы продуктов, выходную мощность, приложения и регионы, помогая нашим читателям получить всесторонний обзор мирового рынка.
REPORT SCOPE & SEGMENTATION
ATTRIBUTE
DETAILS
Study Period
2016
2019
Forecast Period
2020-2027
Historical Period
2016-2018
Ед. 4
Segmentation
By Product Type
Natural Gas
Special Gas
Others
По выходной мощности
0,5–1 МВт
1–2 МВт
2–5 МВт
5–10 МВт0115
10–20 MW
By Application
Power Generation
Mechanical Drive
Cogeneration
Others
По регионам
Северная Америка (по типу продукта, выходной мощности, применению и стране)
США (по применению)
Канада (по применению)
Европа (по продукту, выходы мощности, применение.
Великобритания (по заявке)
Германия (по заявке)
Франция (по заявке)
Италия (по заявке)
Испания (по применению)
Россия (по применению)
Остальные Европы (по применению)
Asia Pacific (по типу продукта, выходе из продукта, применение и по применению и по применению и по применению и по применению и по применению и по применению и по применению и по применению и по применению и по применению и по применению и по применению и по применению и по применению и по применению и по применению
Asia Pacific (по типу продукта, выходе. Страна)
Китай (по заявлению)
Индия (по применению)
Япония (по заявлению)
Южная Корея (по заявлению)
Япония (по заявлению)
Южная Корея (по заявке)0006
АСЕАН (по применению)
Остальное Азиатско -Тихоокеанское океан (по применению)
Ближний Восток и Африка (по типу продукта, мощность, применение и страна)
.
GCC (по заявке)
Южная Африка (по заявке)
Остальные страны Ближнего Востока и Африки (по заявке)
10017
Latin America (By Product Type, Power Output, Application and By Country)
Brazil (By Application)
Mexico (By Application)
Остальная часть Латинской Америки (по применению)
GE Внедряет в следующем поколении газовый двигатель Waukesha 275GL+ с Esm2, чтобы встретить High Haspower.0001
Улучшенная топливная гибкость — с полной мощностью и без снижения мощности до 1550 БТЕ
Снижение выбросов — теперь с низким содержанием NOx до 0,3 г/л.с.-ч (140 мг/Нм 3 3
6 Улучшено) Надежность и простота использования благодаря новейшим системам управления двигателем ESM2 для газовых двигателей Waukesha
Более быстрая доставка со сроком выполнения заказа менее 20 недель (NYSE: GE) объявила о последнем усовершенствовании своих газовых двигателей Waukesha* 275GL+*, работающих на обедненной смеси, — 275GL+ с ESM*2. С текущим сроком поставки менее 20 недель, это новое поколение представляет собой высокопроизводительную и экономичную альтернативу для клиентов в нефтегазовой отрасли, которым необходимо сжатие для приложений по сбору, переработке и транспортировке. Объявление было сделано на конференции по газовому машиностроению GMRC (Исследовательский совет по газовому машиностроению), которая проходила с 30 сентября по октябрь. 3 в Канзас-Сити.
Газовые двигатели Waukesha 275GL+ предлагаются в 16-цилиндровой модели мощностью 5000 л.с. и 12-цилиндровой модели мощностью 3750 л.с. Это последнее поколение двигателя 275GL+ представляет собой значительное усовершенствование крупнейшей платформы газокомпрессорного двигателя Waukesha.
«Мы сосредоточили наши приоритеты на улучшении топливной гибкости, высотных характеристиках и снижении выбросов NOx для этого последнего поколения семейства газовых двигателей Waukesha 275GL+. Конструкция поршня с низкой степенью сжатия в сочетании с более крупными турбонагнетателями и новейшим контроллером двигателя ESM2 для газовых двигателей Waukesha сыграли важную роль в достижении этих улучшений», — сказал д-р Андреас Липперт, генеральный менеджер по продуктам подразделения GE Distributed Power.
Новейший двигатель 275GL+ достигает уровней выбросов NOx 0,3 г/л. 6000 футов (1829 м).
Модель 275GL+ теперь также поставляется с ESM2, контроллером газового двигателя нового поколения Waukesha и полноцветной сенсорной панелью пользовательского интерфейса HMI с диагональю экрана 12, 15 или 19 дюймов. Усовершенствованная система управления позволяет пользователям видеть все параметры двигателя, данные тенденций, отслеживать неисправности, просматривать руководства по эксплуатации, выполнять действия по устранению неполадок, отображать аварийные сигналы и устанавливать критерии отключения, а также упрощать запуск и ввод в эксплуатацию — и все это без необходимости использования отдельного портативного компьютера. ESM2 также помогает повысить производительность за счет улучшения угла опережения зажигания в зависимости от качества топлива для увеличения мощности, топливной гибкости и высотных характеристик. Кроме того, ESM2 включает в себя решение GE myPlant* Asset Performance Management, которое позволяет операторам и поставщикам услуг удаленно контролировать состояние оборудования, диагностировать неисправности и активно управлять производительностью активов.
«В связи с ростом затрат и длительными сроками поставки критически важного оборудования в отрасли транспортировки и транспортировки крайне важно найти экономически эффективные способы своевременного сбора, обработки и перемещения как можно большего количества газа, чтобы соответствовать критериям возврата инвестиций наших клиентов». добавил Липперт.
Основные характеристики нового газового двигателя Waukesha 275GL+ с ESM2:
12-цилиндровый 275GL+, 3750 л.с. при 1000 об/мин, 16-цилиндровый 275GL+, 5000 л.с. при 1000 об/мин.
Улучшенная топливная гибкость без снижения мощности до 1550 BTU/scf.
Возможность работы на широком диапазоне видов топлива от 550 Btu/scf до 2300 Btu/scf.
Выбросы NOx всего 0,3 г/л.с.-ч и улучшенная высотная способность.
Модернизированные органы управления двигателем с новейшим контроллером ESM2 для газовых двигателей Waukesha.
Новое поколение газового двигателя Waukesha 275GL+ с ESM2 будет доступно для заказа в начале 2019 года.
* Обозначает товарный знак General Electric Company.
О бизнесе GE Distributed Power
Подразделение GE Distributed Power, которое включает линейки продуктов Jenbacher и Waukesha, является ведущим поставщиком двигателей, энергетического оборудования и услуг, ориентированных на производство электроэнергии и сжатие газа в точке использования или рядом с ней. Компания Distributed Power предлагает разнообразный портфель продуктов, включающий высокоэффективные промышленные газовые двигатели с гибким выбором топлива, генерирующие мощность от 200 кВт до 10 МВт для различных отраслей промышленности по всему миру. Кроме того, бизнес обеспечивает поддержку жизненного цикла более чем 48 000 газовых двигателей по всему миру, чтобы помочь вам решить ваши бизнес-задачи в любом месте и в любое время. Глобальная сервисная сеть GE, поддерживаемая нашими поставщиками услуг в более чем 100 странах, связывается с вами локально для быстрого реагирования на ваши потребности в обслуживании. Штаб-квартира подразделения GE Distributed Power находится в Йенбахе, Австрия.
О компании GE Power
GE Power — мировой лидер в области энергетики, предоставляющий оборудование, решения и услуги по всей цепочке создания стоимости от производства до потребления. Работая более чем в 180 странах, наша технология производит треть электроэнергии в мире, оснащена 90 процентами электросетей по всему миру, а наше программное обеспечение управляет более чем сорока процентами мировой энергии. Благодаря неустанным инновациям и постоянному партнерству с нашими клиентами мы разрабатываем энергетические технологии будущего и улучшаем электрические сети, от которых мы зависим сегодня. Для получения дополнительной информации посетите сайт www.ge.com/power и следите за новостями GE Power в Twitter и LinkedIn.
О GE
GE (NYSE: GE) — мировая цифровая промышленная компания, которая меняет отрасль с помощью подключенных, быстро реагирующих и прогнозирующих машин и решений с программным управлением. GE организована вокруг глобальной системы обмена знаниями «GE Store», которая позволяет всем бизнес-подразделениям получать доступ к одним и тем же технологиям, рынкам, структурам и интеллектуальной собственности и делиться ими друг с другом. Каждое изобретение способствует другим инновациям и приложениям в нескольких бизнес-подразделениях. Благодаря людям, услугам, технологиям и масштабам GE предлагает клиентам лучшие результаты, поскольку мы говорим на языке отрасли. www.ge.com
Susanne Reichelt GE Power [email protected] +43 5244 600 2382
бизнес-подразделение
теги
Газовый двигатель сдох. Добро пожаловать в электрическую революцию. – Robb Report
В Великобритании началось забивание гвоздей в гроб газового двигателя. В конце прошлого года консерватор и сторонник бизнеса премьер-министр Борис Джонсон сделал драматическое заявление о том, что продажи автомобилей с обычными двигателями внутреннего сгорания будут запрещены с 2030 года, на 10 лет раньше, чем предполагалось изначально, а продажи гибридов запрещены с 2035 года. 0003
Цель состоит в том, чтобы достичь нулевых выбросов углерода к 2050 году, как и президент Байден. Великобритания — не первая администрация, установившая такой крайний срок. Всего через четыре года Норвегия стремится запретить продажу автомобилей с обычным двигателем, а в США штат Калифорния тоже запретит с 2035 года. подвергать опасности с такой тревожно близкой отсечкой. Единственный крупный производитель автомобилей в Калифорнии — Tesla. Указ британского правительства важен, потому что местные автопроизводители, особенно роскошные марки, такие как Bentley, McLaren, Aston Martin и Rolls-Royce, являются крупными работодателями и экспортерами и по-прежнему в подавляющем большинстве зависят от газа.
Artura, новый гибридный суперкар McLaren с подключаемым модулем.
Фото: предоставлено McLaren Automotive Limited.
Все это безумие? Я так не думаю, как и эти легендарные бренды. Еще до того, как запрет был объявлен, McLaren заявила, что с 2021 года будет выпускать только гибриды для своих основных моделей, прекратит разработку обычных двигателей с 2030 года и рассчитывает прекратить их продажу в 2035 году. Адриан Холлмарк сказал, что к 2030 году все его автомобили будут полностью электрическими. Этот переход очень хорошо подойдет некоторым британским производителям голубых кровей, особенно Rolls-Royce, который всегда специализировался на изысканности, и Bentley, для которого мощный крутящий момент на низких оборотах уже давно является частью ДНК.
Учитывая готовность этих роскошных автопроизводителей к этим запретам, мне интересно, может ли то, что сейчас выглядит как край обрыва, ощущаться как лежачий полицейский, когда мы, наконец, туда доберемся или даже проедем под нашими колесами незамеченными. Правительства могут просто установить определенные даты окончания существовавшего ранее постепенного, но окончательного упадка двигателей внутреннего сгорания на некоторых развитых рынках. Признаки есть — скорость, с которой растут продажи электромобилей, частота запуска новых моделей, повышение плотности энергии батареи и сокращение времени зарядки — указывают на четкое направление движения, которое политики признали и, возможно, только что определили. себя впереди.
Взрывной рост цен на акции Tesla и Nio — и подразумеваемая стоимость еще не включенных в листинг производителей электромобилей, таких как Rivian в США, — может сбить с толку и разозлить известных автопроизводителей, но их оценки позволяют этим фирмам дешево получить доступ к фондам они должны на самом деле воплотить это электрическое будущее в жизнь и являются четким указанием того, как мир думает, что все это будет происходить. Из этих укоренившихся глобальных игроков General Motors стала первой, взявшей на себя обязательство в январе заменить двигатели внутреннего сгорания, в том числе гибриды, в своих легковых автомобилях, что является установленным им самим сроком до 2035 года, не связанным с британским запретом, поскольку GM больше не продает автомобили в Европе. . Другие последуют.
Mercedes-Benz 2022 EQA
Мерседес-Бенц АГ
Так имеет ли какое-либо значение запрет Великобритании в 2030 году — или Норвегии, или Калифорнии, или Франции в 2040 году, или те, которые рассматриваются Германией и другими странами? «Я думаю, что да, потому что их просто больше не обойти», — сказал мне недавно Арндт Эллингхорст. Зоркий немец анализирует автомобильную промышленность для Bernstein, американского исследовательского и инвестиционного дома, и напрямую общается с руководителями автомобильных компаний. «В прошлом, когда были только цели по выбросам, тогда да, их можно было обойти. Но если вы просто не можете больше продавать эти вещи, тогда все. Отрасли нужна ясность, ей нужна определенность. Думаю, это почти их победа. Это почти чувство облегчения.
«Сейчас все больше компаний говорят мне, что они не тратят деньги на двигатели, потому что дополнительные улучшения того не стоят. Сейчас мы мало что можем сделать с двигателями, чтобы сделать их значительно более мощными или более эффективными. Двигатель был спроектирован до конца».
Конечно, за пределами Европы и Калифорнии отношение к моторам очень разное. Как средство движения автомобиля двигатель внутреннего сгорания далеко не мертв. В некоторых развивающихся странах газовый двигатель рассматривается не как экологическое преступление, а как средство саморекламы. Запрет Великобритании распространяется только на продажи на внутреннем рынке, а это означает, что она все еще может производить двигатели для рынков, которые их не запрещают. Но это было бы некрасиво. Возможно, на короткое время производители роскошных автомобилей будут строить там двигатели, которые мы не сможем купить, но это не продлится долго.
И, честно говоря, не могу дождаться. Я сделал то, что считается карьерой вождения и писал о двигателях внутреннего сгорания уже более 20 лет. Первой буквой, которую выучил мой сын, была буква «М» на крышке двигателя рядной шестерки BMW Motorsport. Но теперь я провожу примерно половину своего ежедневного вождения на электромобилях, и я чувствую, что возвращаюсь в 20-й век всякий раз, когда езжу на обычной машине. Первые электромобили, на которых я ездил в начале нулевых, были похожи на проекты для научных выставок. Теперь они часто являются лучшими автомобилями на дороге. Есть проблемы, которые еще предстоит решить, но я не могу поверить, что они не будут решены в течение еще одного десятилетия самой быстрой трансформации, когда-либо затрагивавшей транспорт.
2021 Porsche Taycan Turbo S Cross Turismo и 4S Cross Turismo
Порше
Но если вы остаетесь сторонником двигателей, которые дышат и сжигают вещества, и трансмиссий, которыми вы управляете сами, вам не откажут в исправлении. Из других европейских производителей роскошных автомобилей электрический привод может быть уже достаточно хорош для Pininfarina, но Ferrari заявляет, что он не будет достаточно хорош для крупнейшей марки Италии как минимум до 2025 года, а, возможно, и позже, подразумевая, что ее бензиновые двигатели продолжат работать вместе с электромобилями в течение какое-то время и, возможно, до самого конца. Porsche уже выпустила сенсационный Taycan EV, но также усердно работает над углеродно-нейтральным синтетическим топливом, которое, если оно сможет решить их серьезные проблемы, может продлить срок службы двигателей и заставить законодателей пересмотреть эти запреты.
Все предложенные запреты касались исключительно продажи новых автомобилей: Ни одна администрация пока не предлагает убрать с дороги наши винтажные колеса выходного дня.
F02K9/10 — форма и конструкция твердотопливных зарядов
Владельцы патента RU 2336430:
Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-исследовательский институт полимерных материалов» (RU)
Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при проектировании и изготовлении ракетных двигателей твердого топлива. Твердотопливный ракетный двигатель содержит корпус с размещенным в нем с зазором зарядом всестороннего горения и воспламенитель, расположенный со стороны переднего торца заряда. Заряд выполнен с кольцевым выступом, расположенным в оконечности заднего торца заряда и контактирующим с внутренней поверхностью корпуса. Кольцевой выступ имеет сквозные прорези вдоль образующей заряда или под углом к ней. Изобретение позволяет повысить эффективность твердотопливного ракетного двигателя за счет упрощения его конструкции, улучшения воспламеняемости заряда, а также снижения дымообразования. 3 ил.
Патентуемое изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при проектировании, отработке и изготовлении ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ).
Одним из актуальных вопросов отработки РДТТ является создание благоприятных условий для воспламенения зарядов твердого ракетного топлива (ТРТ), обеспечивающих устойчивый выход двигателя на рабочий режим при наличии высоких тепловых потерь, например, из-за отсутствия по объективным причинам теплозащитного покрытия камеры сгорания (КС) корпуса двигателя.
Решению этого вопроса в той или иной степени посвящены технические решения по патентам RU 2247254, RU 2286475, RU 2282743 — аналоги патентуемой конструкции.
В конструкциях-аналогах по указанным патентам в основном реализуется максимальное использование тепловой энергии воспламенителя по прямому назначению — для зажжения заряда и сведения к минимуму бесполезного рассеивания энергии воспламенителя.
Недостатком технических решений-аналогов является определенное усложнение конструкции двигателя (введение по указанным патентам мембран-перегородок) и снижение в связи с этим весового совершенства двигателя и надежности его функционирования.
Наиболее эффективной из рассматриваемого класса конструкций является твердотопливный ракетный двигатель по патенту RU 2286475 с приоритетом от 11.01.2005 г., принятый авторами за прототип. Здесь эффективность воспламенения достигается за счет применения тонкостенной сгораемой мембраны-перегородки (4) (например, из полиэтилена), кратковременно перекрывающей проходные сечения КС корпуса (3) на заднем сопловом торце заряда (2) (фиг.1). Однако и это решение не лишено недостатков: это и усложнение конструкции двигателя, и снижение эксплуатационной надежности.
Технической задачей изобретения является разработка РДТТ с повышенной эффективностью, а именно: с улучшенной воспламеняемостью заряда, упрощенной конструкцией РДТТ и уменьшенным его дымообразованием.
Технический результат изобретения заключается в создании твердотопливного ракетного двигателя, содержащего корпус с размещенным в нем с зазором зарядом всестороннего горения и воспламенителем, расположенным со стороны переднего торца заряда, при этом заряд выполнен с кольцевым выступом у заднего торца, контактирующим с внутренней поверхностью корпуса. В кольцевом выступе могут быть выполнены сквозные прорези вдоль образующей или под углом к ней.
Сущность изобретения заключается в полном или частичном перекрытии (фиг.2) (в начальный момент работы РДТТ) зазора между боковой поверхностью заряда (2) и внутренней поверхностью КС корпуса (3) у заднего торца заряда. Это позволяет (как и конструкция прототипа) увеличить время пребывания продуктов сгорания воспламенителя (1) над воспламеняемыми поверхностями, высадить большую долю к-фазы воспламеняющего состава на поверхность заряда и тем самым улучшить воспламеняемость заряда. При этом для достижения указанного эффекта в патентуемой конструкции исключается дополнительная деталь (мембрана-перегородка), а перекрытие зазора достигается непосредственно самой конструкцией заряда. Это позволяет улучшить весовое совершенство ракетного двигателя как за счет исключения пассивного веса мембраны, так и за счет увеличения массы топлива в заряде, а увеличение начальной горящей поверхности заряда за счет выступа компенсирует повышенные начальные теплопотери в РДТТ в момент запуска, что повышает надежность его работы в целом. Исключение из конструкции РДТТ сгораемой перегородки снижает его дымообразование, что очень важно для управляемых ракетных комплексов с оптической системой управления.
В конструкции прототипа в силу существенных разбросов, в первую очередь механических характеристик полимеров (например, полиэтилена), под воздействием набегающего газового потока, происходит не только разложение, унос, пиролиз материала «мембраны-перегородки», но и возможно ее механическое разрушение. В результате реализуется повышенный разброс максимального давления в опытах, что неблагоприятно сказывается на надежности двигателя в целом. Кроме того, разложение полимеров (типа полиэтилена и бронематериалов) происходит с выделением большого количества дыма.
В заявляемой конструкции указанный недостаток устраняется как за счет закономерного процесса горения топлива заряда по эквидистантным поверхностям, так и за счет безусловного исключения разрушения выступа в результате газодинамического воздействия, так как прочность выступа обеспечивается за счет выполнения его за одно с телом заряда, необходимой, с точки зрения прочности, ширины (В) и при необходимости его профилированием.
Для сокращения промежутка времени, на котором сказывается влияние кольцевого выступа на внутрибаллистические характеристики двигателя, предлагается в кольцевом выступе выполнить сквозные прорези вдоль образующей заряда (фиг.3). Имея существенно меньшую по сравнению с длиной окружности (πД) ширину, указанные прорези практически не влияют на характер перекрытия зазора в начальный период (в момент воспламенения). После же воспламенения заряда за счет наличия прорезей существенно быстрее увеличивается проходное сечение в зазоре как за счет выгорания наружной диаметральной поверхности кольцевого выступа, так и за счет выгорания боковых поверхностей кольцевого выступа в прорезях. При этом существенно снижаются и гидравлические потери при течении газа над быстро вырождающимися секциями выступа. Варьируя количество прорезей, их ширину (Δ) и ширину (В) самого кольцевого выступа, возможно обеспечить необходимый форсажный режим работы заряда.
Перекрытие зазора непосредственно кольцевым (5) выступом топлива благоприятно сказывается на уменьшении дымообразования двигателя, так как дымность твердых топлив, например баллиститного типа, на порядок и более ниже дымности полимеров типа полиэтилена и бронематериалов.
Существенными отличительными признаками заявляемой конструкции являются:
1. Выполнение на боковой поверхности заряда у заднего торца кольцевого выступа, перекрывающего зазор между КС и наружной поверхностью заряда.
2. Выполнение в кольцевом выступе сквозных прорезей вдоль образующей заряда либо под углом к ней.
Положительный эффект достигаемый изобретением:
1. Улучшение воспламеняемости заряда
2. Упрощение конструкции двигателя.
3. Уменьшение гидравлических потерь при перекрытии зазора (во времени), достижение более высокой воспроизводимости внутрибаллистической характеристик (ВБХ) в начальный период.
Фиг 3. Вариант конструкции заряда для патентуемого двигателя
6 — сквозные прорези
7 — образующая заряда
8 — ширина кольцевого выступа
Д — диаметр заряда
Δ — ширина сквозной прорези
Твердотопливный ракетный двигатель, содержащий корпус с размещенным в нем с зазором зарядом всестороннего горения и воспламенитель, расположенный со стороны переднего торца заряда, отличающийся тем, что заряд выполнен с кольцевым выступом, расположенным в оконечности заднего торца заряда и контактирующим с внутренней поверхностью корпуса, при этом кольцевой выступ имеет сквозные прорези вдоль образующей заряда или под углом к ней.
Похожие патенты:
Стартовый ракетный двигатель твердого топлива // 2329390
Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при проектировании, отработке и изготовлении вкладных зарядов и ракетных двигателей твердого топлива.
Стартовый ракетный двигатель твердого топлива // 2319851
Заряд твердого ракетного топлива // 2316669
Твердотопливный заряд для ракетного двигателя и способ его изготовления // 2298109
Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при проектировании, отработке и изготовлении зарядов ракетных двигателей твердого топлива.
Конструкция пиротехнического заряда // 2287512
Изобретение относится к получению конструкции пиротехнического заряда, предназначенного, в частности, для использования в качестве ракетного топлива в ракетном двигателе.
Заряд твердого ракетного топлива для разгонно-маршевого ракетного двигателя управляемой ракеты // 2282741
Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при проектировании, отработке и изготовлении зарядов твердого ракетного топлива, в первую очередь с разгонно-маршевым ракетным двигателем управляемых ракет.
Заряд баллиститного твердого ракетного топлива // 2275521
Изобретение относится к области получения зарядов баллиститного ракетного твердого топлива и может быть использовано при изготовлении реактивных снарядов. .
Заряд твердого ракетного топлива // 2272167
Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при проектировании, отработке и изготовлении зарядов твердого ракетного топлива для ракетных двигателей выброса катапультных кресел систем аварийного спасения летчика.
Ракетный двигатель твердого топлива // 2265746
Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к ракетным двигателям твердого топлива с малым (десятые доли секунды) временем работы, и может найти применение в стартовых двигателях неуправляемых снарядов и управляемых ракет.
Заряд твердого ракетного топлива // 2259495
Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при проектировании, отработке и изготовлении зарядов к маршевым (разгонно-маршевым) ракетным двигателям твердого топлива (РДТТ), преимущественно к управляемым реактивным (ракетным) снарядам (УРС).
Заряд твердого ракетного топлива (варианты) // 2348826
Изобретение относится к области разработки технологии изготовления зарядов из твердых ракетных топлив и касается способа их получения
Заряд твердого ракетного топлива для двигателя авиационной ракеты // 2355906
Изобретение относится к отрасли ракетной техники и может быть использовано при проектировании, отработке и изготовлении зарядов для ракетных двигателей твердого ракетного топлива
Заряд твердого ракетного топлива для газогенератора // 2355907
Изобретение относится к области ракетной техники и предназначено для использования преимущественно в газогенераторах и ракетных двигателях, снаряженных зарядами твердого ракетного топлива
Пороховой заряд щеточной конструкции // 2358141
Заряд твердого ракетного топлива // 2362035
Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при проектировании, отработке и изготовлении зарядов ТРТ для газогенераторов и ракетных двигателей
Заряд твердого ракетного топлива // 2367812
Изобретение относится к зарядам твердого ракетного топлива
Ракетный двигатель твердого топлива // 2383764
Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при проектировании, отработке и изготовлении ракетных двигателей твердого топлива, газогенераторов и вкладных зарядов твердого ракетного топлива
Корпус ракетного двигателя твердого топлива и ракетный двигатель твердого топлива // 2408791
Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании корпуса ракетного двигателя твердого топлива системы аварийного спасения космического корабля и ракетного двигателя, содержащего данный корпус
Твердотопливный заряд для ракетного двигателя // 2415288
Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при проектировании, отработке и изготовлении зарядов ракетного двигателя твердого ракетного топлива
Ракетный двигатель твердого топлива // 2448267
Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании ракетного двигателя твердого топлива, имеющего большое время работы
Чем кормить ракету?
Полеты по Галактике, орбитальные станции… Мечты о перемещениях в космосе не стали бы явью, не изобрети человечество ракетное топливо. Кстати, чем именно заправляют космические летательные аппараты? Можно ли заправить ракету автомобильным топливом и какой вид двигателя самый мощный? Рассказываем, чем же «кормить» ракету.
Действие равно противодействию
Большинство двигателей, которые отправляют ракеты в космос, реактивные. Это значит, что в отличие от машинных двигателей они ничего не вращают, а получают энергию другим путем.
В камерах ракетных двигателей сжигается топливо. Образующийся газ под высоким давлением выбрасывается в одном направлении, а ракета с определенным ускорением летит в другую сторону. Это согласуется с третьим законом Ньютона — действие равно противодействию. Сила ракетного двигателя, то есть скорость выбрасывания газов, называется «тягой». В метрической системе она измеряется в ньютонах, но в США считают в «фунтах тяги». Один фунт тяги равен 4,45 ньютона.
Различают твердотопливный и жидкостный двигатели. В топливах для них всегда есть окислитель для воспламенения и горючее, из которого получается рабочий газ, создающий тягу.
Твердая мощь для ракеты
Твердое топливо — смесь веществ, способных гореть без доступа к ним кислорода. Их делят на два типа: двухосновные (иначе их называют гомогенными) и смесевые. Первый тип представляет собой твердый раствор. Чаще всего нитроцеллюлозы в нитроглицерине. Исторически в состав смесевого твердого топлива входил порох, но теперь в нем содержатся перохлорат аммония, мелкодисперсный сферический порошок алюминия или магния и органический полимер.
ЛИКБЕЗ
Твердотопливный двигатель или РДТТ (ракетный двигатель твердого топлива) иначе называют твердотопливным ускорителем (ТТУ). Жидкостный двигатель сокращают как ЖРД (жидкостный ракетный двигатель).
Андрей Рюрикович, заслуженный испытатель космической техники:
— Твердотопливный двигатель проще в изготовлении и обслуживании. По сути, это просто бочка с дыркой. А жидкостный — вакханалия трубопроводов и разных агрегатов, поэтому надежность их меньше. При этом у ЖРД больше удельный импульс и управляемость: проще включать/выключать, регулировать величину тяги. Жидкостный двигатель, если он заправлен криогенным топливом, обладает одной особенностью — сложнейшей процедурой заправки перед стартом (ракета Илона Маска Falcon 9 взорвалась именно во время заправки топливом). РДТТ включил, и все: пока не прогорит — не выключишь.
Однажды произошла ситуация с американским шаттлом: авария одного из трех жидкостных двигателей на старте. Аварийный и два других жидкостных двигателя удалось выключить до запуска ТТУ. Если бы авария развивалась еще пару секунд и ТТУ включился, катастрофа и гибель экипажа были бы неминуемы.
Твердотопливные двигатели проще в обслуживании. Лежат себе и лежат. Требуется только периодически проверять температуру и влажность в хранилище. Но если он пролежит очень долго, происходит «высыхание» заряда, и в нем появляются трещины, которые при зажигании двигателя резко увеличивают площадь горения топлива, и, соответственно, давление внутри камеры сгорания. Тогда ТТУ превращается в непредсказуемую мину: то ли сработает как надо, то ли разнесет вдребезги себя и все вокруг.
Гибкое управление
Жидкое топливо состоит из горючего и окислителя, но в камеру сгорания они закачиваются по отдельности и смешиваются позже. Топливо для жидкостных двигателей бывает однокомпонентное и двухкомпонентное. Однокомпонентное топливо (обычно это нитрометан) распадается на окислитель (кислород) и горючее. При использовании двухкомпонентного топлива окислитель подается к горючему отдельно.
Для жидких ракетных топлив окислителями могут быть жидкий кислород, перекись водорода, азотная кислота с 15–20 % окислов азота, четырехокись азота, тетранитрометан, фтор и его смеси с жидким кислородом. Горючим для жидких топлив бывают керосин, водород, гидразин (азотно-водородное соединение N2h5), бензин, парафины и ароматические соединения, окись углерода, циклогексан и циклопропан, этилен, окись пропилена или этилена, ацетилен с водородом.
Возможные комбинации «горючее — окислитель»:
Жидкие водород и кислород для космических шаттлов. Бензин и жидкий кислород использовались в ракетах Годдарда. Керосин и жидкий кислород применялись для первой ступени «Сатурн-5» в программе «Апполон». Спирт и жидкий кислород в немецких ракетах V2, известных как «Фау-2» — первые в мире баллистические ракеты. Четырехокись азота и монометилгидразин использовались в двигателях аппарата «Кассини».
Глупые вопросы о топливе
NT: Хранят ли топливо, и как это делают?
РОСКОСМОС: Двухкомпонентные хранят и транспортируют отдельно, и только непосредственно перед стартом ими заправляют ракету-носитель. Гептил может находиться в составе ракеты десятилетиями. Сроки хранения топлива в незаправленном состоянии (например, отдельно кислород и керосин) сопоставимы с автомобильным. Андрей Рюрикович: Криогенные компоненты, такие как жидкий кислород и жидкий водород, хранят в специальных цистернах-термосах – дюарах.
NT: Можно ли использовать ракетное топливо для заправки обычных двигателей внутреннего сгорания?
РОСКОСМОС: Этот вопрос, на наш взгляд, больше относится к ведению автоинженеров и автопроизводителей. Вот, например, бензин и дизельное топливо, созданные и предназначенные для двигателей внутреннего сгорания, непригодны для использования в ракетных. А.Р.: Бензин и дизельное топливо не используют из-за малой эффективности. Но ракеты Годдарда и первые советские ракеты летали на бензине.
NT: Вредно ли ракетное топливо для окружающей среды? РОСКОСМОС: Экологичность заключается в воздействии соединений топлива на окружающую среду, здоровье людей и всего живого. К экологичным топливам можно отнести комбинации: керосин (нафтил) — кислород, водород — кислород, метан. Кислород, керосин и водород не опасны — при сгорании вреда от них даже меньше, чем от автомобильного топлива. Гептил токсичен, однако реальную опасность для здоровья он может представлять лишь в процессе производства. Хранится это топливо в герметичных условиях, исключающих взаимодействие с внешней средой. А продукты сгорания гептила опасности для экологии и здоровья человека не представляют.
Топливо будущего
Химическое ракетное топливо эффективно применяется для полетов на околоземной или лунной орбитах, но скорость, которую оно позволяет развивать космическому кораблю, недостаточна для освоения дальнего космоса.
Эту проблему могли бы решить ядерные двигатели. Их разработки начались еще в 50-е годы прошлого века в США и СССР. Однако до сих пор ни одна ракета с ядерным двигателем не была запущена. Топливом для него служат уран и плутоний. Энергия распада или синтеза во время ядерных реакций нагревает горючее (водород или аммиак) и позволяет ракете лететь. Опасность заключается в том, что газ, который будет вылетать из сопла ракеты с ядерным двигателем, также радиоактивен. Это значит, что такие типы двигателей нельзя применять на Земле.
Ионный — еще один перспективный вид двигателя. Он состоит из электрического генератора, создающего сильное электрическое поле высокого напряжения. Положительно заряженные ионы газообразных веществ (водорода, гелия, ртути, ксенона, цезия) попадают в электрическое поле и разгоняются до космических скоростей. Затем выбрасываются из сопла, создавая таким образом тягу.
Центр общественных коммуникаций корпорации «РОСКОСМОС»:
— В российской ракетно-космической промышленности используются в основном два вида жидких химических топлив: пара керосин (или его разновидность — нафтил) + кислород, которую применяют для ракет-носителей «Союз», «Ангара», «Зенит», и гептил — на ракетах-носителях «Протон», «Рокот», «Днепр». Ведутся перспективные разработки двигателя для работы на топливе водород + кислород — ранее этот вид топлива был использован для второй ступени сверхтяжелой ракеты-носителя «Энергия». Еще из перспективных видов ракетного топлива можно назвать метан.
Возможности химического типа топлива (жидкого, твердого, газа) уже хорошо изучены, и его потенциал используется «на пределе». Поэтому ученые исследуют нехимические двигательные установки: ядерные, ионные, плазменные и подобные. Кое-какие успехи уже достигнуты, однако полностью заменить химическое топливо пока не представляется возможным.
Материал опубликован в журнале NewTone
новый «Буферный» ракетный двигатель, альтернатива твердотопливным ракетам.
К преимуществам ракетного двигателя на твердом топливе можно отнести высокую мощность, надежность и простоту.
Эти характеристики двигателю на твердом топливе придает его простая конструкция.
Твердотопливный двигатель состоит только из топливных баков, заполненных твердым топливом и сопла. Топливный бак является так же и камерой сгорания, так как топливо горит в баке.
Традиционное твердое топливо, которое используется в двигателях космических ракет, состоит из смеси нескольких основных компонентов, и называется «Смесевое». Компонентами топлива являются: Порошкообразный минеральный окислитель — перхлорат аммония, алюминиевая пудра, и органический полимер, который склеивает порошкообразные компоненты, и превращает их в однородную твердую массу. При горении топлива перхлорат аммония выделяет кислород и легкие газы, алюминиевая пудра повышает температуру горения, так как она при горении выделяет много энергии. В качестве связывающего органического клея, как правило, используется резина. При изготовлении топливной массы, жидкий резиновый клей смешивается с порошком перхлората аммония и алюминиевой пудрой. Вязкая топливная масса помещается в формы. Потом резиновый клей затвердевает. И затвердевшее топливо сохраняет приданную ему форму.
От формы топливного заряда зависит мощность двигателя, и изменения мощности в процессе работы. Твердое топливо горит на поверхности, как порох, или пиротехническая масса. Поэтому чем выше поверхность топливного заряда, тем выше мощность двигателя. Для увеличения поверхности, топливным зарядам придают форму с внутренним каналом в виде звезды. Как правило, топливной массе двигателей космических ракет придают звездообразную форму. При такой форме топливного заряда, двигатель имеет максимальную мощность в начале работы, когда ракета имеет максимальный вес, и испытывает сильное сопротивление воздуха. В процессе работы двигателя, звездообразный топливный заряд обгорает, его площадь уменьшается, соответственно уменьшается и мощность двигателя.
Мощность твердотопливного двигателя совершенно не поддается дросселированию, так как влиять на площадь горения, используя дроссель, невозможно. Это один из недостатков твердотопливных ракет.
Кроме того что мощность твердотопливного двигателя невозможно контролировать в реальном времени, его работу сложно остановить, и снова возобновить. Для остановки твердотопливного двигателя, используются огнетушители устройства, для старта воспламенители. Дополнительные устройства создают лишний вес, поэтому, как правило, твердотопливные двигатели не глушат. Они работают до полного выгорания топлива. Из-за этого их невозможно остановить при аварии, аварийный двигатель продолжает работать. Из-за аварии твердотопливного ускорителя разбился шаттл Челенджер.
Окислителем для твердотопливных двигателей служит перхлорат аммония. Это вещество по своим свойствам промежуточное между хлоратом калия и аммиачной селитрой. Перхлорат аммония способен быстро гореть, со скоростью пороха, при горении он выделяет много кислорода, в этом он похож на хлорат калия (или соль Бертолье). В то же время он легкий, и при горении образует много легких газов, как аммиачная селитра.
Но у этого окислителя есть свои недостатки. В смесях с органическими материалами, перхлорат аммония крайне горючий. Кроме того он взрывчатый.
Перхлорат аммония при горении выделяет гидрид хлора – соляную кислоту. Гидрид хлора в атмосфере окисляется, превращаясь в хлор. В продуктах горения перхлората аммония содержится 30% хлора, это вызывает его экологическую опасность. Твердотопливные двигатели выделяют так много хлора, что после каждого запуска шаттла, в ускорителях которого сгорает приблизительно 1000 тонн твердого топлива, над космодромом образуется локальная озоновая дыра. При взаимодействии гидрида хлора с продуктами сгорания органических компонентов топлива, образуются диоксины, высокотоксичные вещества.
Перхлорат аммония нечем заменить в традиционных твердотопливных двигателях. Потому что нет доступных окислителей с нужной скоростью горения, и нужным количеством выделяемого кислорода.
Были попытки заменить перхлорат аммония нитратом аммония, который еще называется – аммиачная селитра.
Но нитрат аммония, в отличие от перхлората, очень медленно горит, и при горении выделяет меньше кислорода.
Нитрат аммония, при горении легко плавится, но горит очень медленно, его горение больше похоже на тление. При горении нитрат аммония выделяет меньше кислорода, чем перхлорат, поэтому топливо с нитратом аммония имеет меньшую эффективность, чем содержащее перхлорат.
Нитрат аммония дешевле перхлората, и при горении он не выделяет токсичных веществ. Но по своим свойствам он не пригоден в качестве окислителя, для традиционного твердотопливного двигателя.
Но есть принципиальная возможность изменить конструкцию двигателя. Чтобы адаптировать его для работы на топливе, содержащем нитрат аммония, в качестве окислителя.
Я изобрел двигатель способный работать на нитрате аммония, и имеющий некоторые другие преимущества, перед традиционным твердотопливным двигателем.
Я назвал этот двигатель «Буферным» из-за особенностей горения топлива, и внутреннего устройства. Топливо в буферном двигателе горит в две стадии. Топливо буферного двигателя разделяется на основное твердое топливо, и промежуточное «Буферное» жидкое топливо.
В буферном двигателе основное твердое топливо не способно гореть самостоятельно. Топливо плавится и немного обгорает, но полностью не сгорает. Расплавленное топливо стекает в камеру сгорания, где оно распыляется, и быстро сгорает, в мелко дисперсном состоянии. Основное твердое топливо плавится в пламени промежуточного, жидкого «Буферного» топлива. Буферным топливом является концентрированная перекись. Жидкостные двигатели на перекиси используют только один компонент, поэтому простые, и более надежные, чем двухкомпонентные двигатели.
Перекись способна разлагаться под действием катализатора. При разложении перекиси образуется газ, состоящий из паров воды и кислорода. Температура «Паро-газа» перекиси – 700, 900, градусов, по Цельсию. При этой температуре воспламеняется любое горючее вещество.
Основное твердое топливо, состоит из смеси нитрата аммония, алюминиевой пудры и нефтяного парафина. Основной компонент топлива – нитрат аммония, легкоплавкое вещество, парафин тоже хорошо плавится. Нитрат аммония в сочетании с парафином не воспламеняется при нагревании, и не горит в расплавленном состоянии. Он горит только в сочетании с углем, или с веществами, которые образуют уголь при горении, с целлюлозой, с крахмалом, и подобными. С парафином расплавленный нитрат аммония не реагирует. Основное твердое топливо в буферном двигателе обгорает на поверхности в атмосфере горячего, насыщенного кислородом паро-газа перекиси. Но так как топливо легкоплавкое и плохо горючее, в основном оно не сгорает, а плавится.
Расплавленное топливо стекает в камеру сгорания. В камере сгорания топливо проходит через распылители, разделяющие жидкие и газообразные струи топлива. Газообразное топливо под прямым углом направляется на струи жидкости. Жидкая часть топлива распыляется и сгорает в этом пламени.
Основное топливо буферного двигателя имеет недостаток окислителя, так как нитрат аммония выделяет мало кислорода, но избыточный кислород от паро-газа перекиси компенсирует этот недостаток кислорода, и поддерживает высокую температуру горения.
Буферный двигатель, по удельной эффективности аналогичен традиционному твердотопливному. Некоторые меры позволяют повысить удельную эффективность буферного двигателя.
Топливо для буферного двигателя менее пожароопасное, чем традиционное твердое топливо. При горении оно не образует токсичных веществ.
На буферном двигателе возможно дросселирование мощности в широких пределах.
Его схема позволяет останавливать и повторно запускать двигатель без дополнительных приспособлений.
Плотность топлива буферного двигателя немного уступает традиционному. Но у буферного двигателя меньше минимальное давление в топливных баках, а значит и баки можно сделать легче.
Буферный двигатель по всем характеристикам конкурентоспособен по сравнению с традиционным твердотопливным.
Он может стать реальной альтернативой твердотопливному двигателю.
«Cushion engine» Alternative solid propellant missiles.
The benefits of rocket engines using solid fuel may include a high capacity, reliability and simplicity.
These characteristics of the engine attached to the solid fuel its simple design.
Solid engine consists only of the fuel tanks filled with solid fuel and a nozzle. The fuel tank is the same and the combustion chamber, as the fuel burns in the tank.
Traditional solid fuel that is used in space rocket engines, consists of a mixture of several key components, and is called the «composite». Fuel components are: powdered mineral oxidizer — ammonium perchlorate, aluminum powder, and organic polymer, which is gum powder components and turns them into a homogeneous solid mass. When burning fuel ammonium perchlorate oxygen and light gases, aluminum powder increases the temperature of combustion, as well as during combustion provided a lot of energy. As the binding of organic adhesives are typically used tires. With mass production of fuel, liquid rubber adhesive powder is mixed with ammonium perchlorate and aluminum powder. Viscous mass of fuel is placed in the forms. Then, the rubber adhesive hardens. And hardened fuel reserves to give it shape.
From the form of fuel charge upon the power of the engine and changing the power in the process. Solid fuel burning on the surface, as gunpowder or fireworks weight. Therefore, the higher the surface of the fuel charge, the higher the engine power. To increase surface fuel charges attached form with an internal conduit in the form of stars. Typically, the fuel mass of the space rocket engines attached to star form. With this form of fuel charge, the engine has maximum power at the beginning, when the missile has a maximum weight, and has strong resistance to the air. During engine operation, fuel charge is burned finger, its area is reduced, respectively, and reduced engine power.
Power solid engine does not lend itself choking, as well as to influence the area of combustion, using the throttle, it is not possible. This is one of the drawbacks of solid propellant missiles.
Also that power solid engine can not be controlled in real time, his work is difficult to stop, and resume again. To stop the solid propellant engine, used fire extinguishers device to launch igniters. Additional devices creates excess weight, so that, in general, solid motors are not jammed. They work to burn. Because of this they can not be stopped at the accident, the emergency engine continues to operate. Because of the accident solid booster crashed shuttle Challenger.
Oxidizer for solid motors used ammonium perchlorate. This substance with properties intermediate between potassium chlorate and ammonium nitrate. Ammonium perchlorate is able to burn quickly, at speeds of gunpowder, when burning it provides a lot of oxygen, in that it is similar to potassium chlorate (or salt Bertola). At the same time, it is easy, and in combustion, many light gases as ammonium nitrate.
But this oxidant has its drawbacks. In mixtures with organic materials, ammonium perchlorate is extremely combustible. In addition, it explosive.
Ammonium perchlorate combustion provides chlorine hydride — hydrochloric acid. Hydride chlorine in the atmosphere is oxidized, it turns into chlorine. In the products of combustion of ammonium perchlorate contains 30% chlorine, it is his environmental hazard. Solid engines emit so much chlorine that after each shuttle launch, the accelerators which burns about 1000 tons of solid fuel formed over cosmodromes local hole in the ozone layer. In conjunction with chlorine hydride products of combustion of organic fuel components, formed dioxins, highly toxic substances.
Ammonium perchlorate nothing to replace the traditional solid engines. Because there is no available oxidants for the desired rate of combustion, and the necessary quantity of oxygen.
There have been attempts to replace ammonium nitrate, ammonium perchlorate, which is called — ammonium nitrate.
However, ammonium nitrate, in contrast to perchlorate, a very slow burning and combustion provides less oxygen.
Ammonium nitrate, with the burning melts easily, but burns very slowly, its more like burning smoldering. When burning ammonium nitrate provides less oxygen than perchlorate, so the fuel with ammonium nitrate is less effective than containing perchlorate.
Ammonium nitrate perchlorate cheaper, and if it does not allocate the combustion of toxic substances. But on its characteristics, it is not suitable as an oxidant, to the traditional solid engine.
But there is a possibility to change the design of the engine. To adapt it to work on a fuel containing ammonium nitrate as an oxidizer.
I invented the engine is capable of functioning in the ammonium nitrate, and has some other advantages over traditional solid propellant motor.
I have called this engine «buffer» Because of the burning fuel, and the internal device. Fuel in the buffer engine burns in two stages. Fuel buffer is divided into the main engine of solid fuel, and intermediate «buffer» fuel.
In the buffer core engine solid fuel can not burn yourself. Fuel melted and slightly obgoraet, but not completely burned. Molten fuel flows into the combustion chamber where it is sprayed, and quickly burns out, the small dispersive state. The main solid fuel melts in the flame of an intermediate liquid «buffer» fuel. Buffer Fuel is a concentrated peroxide. Liquid propellant used in the peroxide is only one component, so the simpler and more reliable than the two-engine.
Peroxide is able to decompose under the action of the catalyst. When the decomposition of peroxides formed by gas, made up of water vapor and oxygen. Temperatur «Paro-gas» peroxides — 700, 900, degrees Celsius. At this temperature ignite any combustible material.
The main solid fuel is a mixture of ammonium nitrate, aluminum powder and paraffin oil. The main component of the fuel — ammonium nitrate, low-melting material, Paraffin melts well, too. Ammonium nitrate, in combination with the wax does not ignite when heated and does not burn in the molten state. It burns only in combination with coal, or chemicals that form during combustion of coal, with cellulose, with starch, and the like. Since molten wax ammonium nitrate does not react. The main solid fuel in the buffer engine obgoraet on the surface in an atmosphere of hot, vapor-saturated oxygen gas peroxides. But as fuel fusible and bad fuel, basically it does not burn, but melts.
Molten fuel flows into the combustion chamber. In the combustion chamber passes through the fuel dispensers, separating liquid and gaseous jet fuel. Gaseous fuel at right angles to the jet on liquid. The liquid portion of the fuel is sprayed and burned in the flames.
Main engine fuel buffer has the disadvantage of oxidizer, as well as ammonium nitrate provides little oxygen, but excess oxygen from the vapor-gas peroxides compensate this lack of oxygen, and maintains a high temperature combustion.
Cushion engine for specific performance is similar to the traditional solid. Some of the measures help increase the effectiveness of specific buffer engine.
Fuel for the buffer under fire engine than the traditional solid fuel. When burning, it does not form toxic substances.
At the buffer is possible choking the engine power in wide range.
His scheme enables to stop and re-start the engine without any additional devices.
The density of the fuel buffer slightly inferior to the traditional engine. But the engine is less than the minimum buffer the pressure in the fuel tanks, and hence the tanks can be made easier.
Cushion for all engine performance competitive compared to traditional solid.
It can be a viable alternative to solid propellant engine.
Nickolay Agapov.
Соперничество за ракетное топливо формирует будущее космических полетов
Оказывается, ракетостроение ничем не отличается от остального общества. Люди разделились на два племени.
Когда дело доходит до космических запусков, есть два основных варианта ракетного топлива: твердое и жидкое. Твердое ракетное топливо — это именно так: густая смесь топлива и окислителя, которую заливают в ракетный ускоритель, готовят до консистенции карандашного ластика и поджигают во время запуска. Энергия направляется через сопло, создавая достаточную тягу, чтобы поднять ракету в воздух. Ядерное оружие в шахтах и подводных лодках использует эту технологию.
Это столкновение двух разных взглядов, которые борются за будущее космических полетов.
Жидкостные ракетные двигатели оснащены топливными баками внутри ускорителей, один для топлива, а другой для окислителя. Два вещества, охлажденные до сверхнизких температур, чтобы они не превращались в газ, смешиваются внутри двигателя во время запуска, воспламеняются и направляются через сопло. Результатом является язык горячего выхлопа и тяги. Это система, которая питает ракеты SpaceX.
У каждого вида топлива есть свои плюсы и минусы. Инженеры могут показать вам диаграммы и графики, чтобы проиллюстрировать преимущества каждого подхода. Но не позволяйте кажущейся простоте статистики обмануть вас: раскол между твердым и жидким — это столкновение двух разных взглядов, которые борются за будущее космических полетов.
Сделайте нас солиднее
Orbital ATK
Мыс, штат Юта, где Orbital ATK производит твердотопливные ракетные двигатели. Именно здесь было построено несколько поколений ядерных ракет и ускорителей космических челноков, все они работали на твердом топливе. Если и есть место, где можно защитить эту технологию, то оно здесь.
Твердотопливные ракеты обладают очевидными достоинствами. Они хорошо хранятся. Фактически, они могут простоять десятилетиями и по-прежнему работать, когда это необходимо, поэтому твердое топливо является предпочтительным ракетным топливом для ядерного сдерживания. «По удобству хранения его очень трудно превзойти», — говорит Бен Кейс, технический директор по концептуальному проектированию и летным характеристикам в Orbital ATK, с которым мы познакомились во время посещения завода в Промонтори. «И мы не сталкиваемся с некоторыми проблемами токсичности, которые могут возникнуть при хранении жидкости».
Ни одно обсуждение ракет не обходится без упоминания «удельного импульса» или ISP. Он измеряет тягу, создаваемую любым заданным количеством топлива, а жидкостные двигатели имеют более высокий удельный импульс, чем твердотопливные, что во многом объясняет их привлекательность.
Orbital ATK
Но инженеры Orbital ATK быстро сосредоточились на другом показателе: плотности интернет-провайдеров. Твердое топливо, наполненное горючим и окислителем, может в спешке создать большую тягу. «Несмотря на то, что твердые вещества имеют более низкий ISP на фунт, вы можете вложить много импульса в этот объем, потому что он очень плотный», — говорит Кейс.
Наблюдение за тем, как техники изготавливают твердотопливные ракетные двигатели, раскрывает сложный процесс. На объекте в Юте техники опускают отливку внутрь ядра ракеты и заливают его твердым топливом, похожим на замазку. Затем они сжигают топливо. Когда гипс снимается, в нем остаются пустоты, которые направляют горение и тем самым контролируют тягу в разные моменты полета. Области между сегментами ракеты также имеют структурные барьеры, которые служат противопожарными полосами, замедляя горение, направляя пламя в центр. «Форма этого внутреннего топлива, эта площадь поверхности прямо пропорциональна тяге в любой момент времени», — говорит Кейс.
Это лучшая защита, которую сторонники твердотопливных ракет могут противопоставить более точному управлению жидкостным двигателем. Жидкостные ракетные двигатели намного превосходят по управляемости твердотопливные. Жидкостные двигатели могут увеличивать или уменьшать дроссельную заслонку по мере необходимости. Эти двигатели могут даже выключаться, что является полезной функцией безопасности. Не то с твердотопливными ракетами.
С другой стороны, когда твердотопливная ракета сделана, она готова к полету. Твердотопливные ракеты просто лежат там до тех пор, пока не сработает электрозажигание. Это могут быть месяцы или годы. Твердотопливному двигателю все равно. Отсюда их использование для питания ядерных ракет, которые должны быть запущены в любой момент. Это также выбор для системы космического запуска, над которой работает гигантская тяжелая ракета НАСА Orbital ATK.
Окончательная сборка.
Orbital ATK
При сравнении двух видов топлива трудно не вспомнить взрыв, который SpaceX испытал на стартовой площадке, потеряв полезную нагрузку в результате огненной детонации во время заправки баков. Это редкая авария, но это напоминание о том, что у ракет на жидком топливе есть дополнительные шаги перед запуском, которых просто нет на твердом топливе. А лишние шаги — приглашение к ошибкам.
Жидкостные пуски
Использование жидкостных двигателей на первой и второй ступенях ракеты — более новый и привлекательный подход. У этого есть некоторые сторонники из списка лучших, особенно миллиардеры, стоящие за коммерческим космическим ренессансом, такие как Илон Маск из SpaceX и Джефф Безос из Blue Origin. Их ракеты-носители обладают дополнительной тягой, но также используют и другие преимущества жидкостных двигателей.
Приготовить до консистенции карандашного ластика и поджечь
Двигатели на жидком топливе работают без обугливания всей обшивки топливных баков, поэтому время между полетами сокращается. Просто заправьте баки, и ракета снова будет готова к полету.
Таким образом, соперничество между твердым телом и жидкостью является еще одним фронтом в более широкой войне за возможность повторного использования. В моде повторное использование ракет. Blue Origin и SpaceX запускают свои ракетные ступени, демонстрируя впечатляющие инновации, обещая при этом, что повторное использование снизит стоимость выхода на орбиту и откроет космическое пространство для большего числа людей.
Orbital ATK
То, как некоторые сторонники коммерческой космонавтики говорят о твердотопливных ракетных двигателях, отбрасывает их на свалку истории. «Для критиков твердотопливный двигатель — удлиненная версия ускорителей, которые летают на космических челноках, — дорогая, устаревшая технология», — отмечалось восемь лет назад в NY Times . Эта жалоба звучит до сих пор. Лори Гарвер, бывший сотрудник НАСА и главная сила коммерческих космических усилий в агентстве, всего несколько месяцев назад назвала SLS «ненужной и устаревшей» после первого запуска SpaceX Falcon Heavy.
Но вот в чем дело: твердотопливные ракетные ускорители использовались повторно на протяжении всей эпохи шаттлов. Выловленные из Атлантики и отправленные обратно в Юту, ядра будут восстанавливаться после каждого полета. Весь процесс изготовления повторялся на том же заводе, повторно использовался только внешний стальной корпус. Между прочим, те же самые стальные детали, которые летали в эпоху шаттлов, используются на SLS. Это скромная легкая задача или робкий возврат к работе? Твой выбор.
Ремонт твердотопливных двигателей занимает много времени между полетами. Но если вы не хотите, чтобы полеты в космос были такими же рутинными, как полеты на самолете, как сказал Илон Маск, тогда этот темп не будет проблемой.
Счастливы вместе
Кейс из Orbital ATK в душе инженер, а не партизан. Он знает, что жидкостные двигатели имеют решающее значение на заключительном этапе полета ракеты, когда ей нужен сильный толчок, чтобы доставить полезную нагрузку туда, куда нужно. Фактически, новая ракета запуска нового поколения Orbital ATK будет использовать жидкостные верхние ступени, как и все остальные, для доставки спутников ВВС на орбиту.
«Вы видите преимущества, отраженные в NGL, где мы, наши нижние ступени, твердые, где очень важна высокая тяга, — говорит Кейс. — И у нас также есть жидкости, которые дают вам более высокий ISP и возможности запуска / остановки».
Зажигание орбитальной АТК.
Orbital ATK
Тем не менее, эти разговоры о счастливом сосуществовании опровергают более экзистенциальные дебаты о будущем космических полетов. То, как люди относятся к твердотопливным ракетным двигателям, хорошо отражает их отношение к будущим запускам. На рынке в ближайшее время будет место для твердотопливных и жидкостных двигателей. Но что внутри ракет следующего поколения, которые доставят людей на Марс?
Джо Паппалардо
Джо Паппалардо — пишущий писатель в 9 лет0055 Popular Mechanics и автор новой книги Spaceport Earth: The Reinvention of Spaceflight .
Твердотопливные ракетные ускорители
Твердотопливные ракетные ускорители
Схема ступеней ракетного ускорителя Minuteman
Твердотопливные ракетные ускорители Minuteman
Нажмите на изображение, чтобы увеличить его
Ракета Minuteman имеет в общей сложности 3 твердотопливных ракетных ускорителя. Каждая ступень ускорителя производится отдельной компанией. Первый этап бустер производится компанией Thiokol. Производством второй ступени занимается компания Aerojet, а ускорителем третьей ступени — Порошковая компания Геркулес.
Чтобы лучше понять расположение и компоновку трех отдельных твердотопливных ракетных ускорителей, посмотрите на изображение выше
Ракетный ускоритель первой ступени Minuteman III
С ракетой Minuteman I, ракетный ускоритель первой ступени , произведенный Thiokol, весил в общей сложности 51 251 фунт. Корпус двигателя материал изготовлен из стали Д6АС. Эта первая ступень была 18,6 футов в длину и 5,5 футов в диаметре. Вес самого топлива был 45 670 фунтов стерлингов. Твердотопливный ускоритель Thiokol произвел в общей сложности 200 400 фунтов тяги.
Тиокол появился в 1926 году, когда два химика, Джозеф С. Патрик и Натан Мнукин, пытались изобрести недорогой антифриз. в итоге они создали смолу, вещество которой вызвало значительный засор лабораторной раковины, а также имело свойство наличие ужасного запаха. Ни один из промышленных растворителей, которые они использовали, не прочистит засор в раковине.
Два разочарованных химика пришли к выводу, что стойкость материала Тиокола обладает полезным свойством. К чему они пришли понимают, что они создали синтетический каучук, который впоследствии будет использован в производстве твердотопливного ракетного ускорителя. приходит «Тиокол» от греческих слов сера и клей.
В 1945 году джентльмен по имени Чарльз Бартли, работавший в Лаборатории реактивного движения, обнаружил, что свойства тиокола может использоваться в качестве стабилизатора в твердотопливных ракетах. В 1958 году компания Thiokol получила контракт на создание твердотопливного ускорителя первой ступени для ракета Минитмен I.
Твердое топливо, используемое на первых трех ступенях ракет Minuteman II и III (включая Peacekeeper), зависит от акриловая кислота/алюминиевый порошок в качестве топлива в сочетании с перхлоратом аммония в качестве окислителя и полибутадиеном в качестве связующего. Как только бустер воспламеняется, твердое топливо нельзя потушить; он горит, пока не истощится.
Ракетный ускоритель второй ступени Minuteman III
Нажмите на изображение, чтобы увеличить его
Для ракеты Minuteman I ускоритель второй ступени был изготовлен компанией Aerojet.
Твердотопливный ракетный ускоритель второй ступени производства Aerojet использовал титан в качестве материала корпуса двигателя. Его общий вес составляет 12 072 фунта, а только топливо весит 10 380 фунтов. Бустер второй ступени имеет длину 9,1 фута и диаметр 3,7 фута. Максимальная тяга для этого ракета-носитель составляет 45 600 фунтов.
Ускоритель второй ступени Minuteman III
Нажмите на изображение, чтобы увеличить его
Ускоритель третьей ступени Minuteman III
Нажмите на изображение, чтобы увеличить его
На ракете Minuteman I ускоритель третьей ступени был изготовлен компанией Hercules Powder Company. Материал корпуса двигателя, используемый для этого Бустер изготовлен из стеклопластика С-901. Общий вес этого ускорителя составлял 4484 фунта, а только топливо весило 3668 фунтов. Третий ракета-носитель ступени имеет длину 5,1 фута и диаметр 3,1 фута. Максимальная тяга ускорителя 3-й ступени составляет 17 100 фунтов.
Ракета-носитель третьей ступени Minuteman III проходит испытания
Нажмите на изображение, чтобы увеличить его Ускорители третьей ступени менялись в зависимости от улучшений, внесенных в ракеты Minuteman II и III. Ракета-носитель первой ступени производства Thiokol осталась прежней у ракет Minuteman I, II и III. Никаких изменений в вес ракеты-носителя, используемое топливо или максимальная тяга, которую могла создать эта ракета-носитель.
Ускоритель второй ступени производства Aeroject заменен на ракету Minuteman II. Его общий вес увеличился до 16 057 фунтов, а только топливо весило 13 680 фунтов. В качестве материала корпуса двигателя использован улучшенный титан 6АЛ-4В. Тип топлива, использовавшийся в этом ускорителе, был новое улучшенное топливо. Длина этого бустера осталась прежней (9,1 фута), а его диаметр увеличился до 4,3 фута.
Ускоритель второй ступени ракеты Minuteman II увеличил максимальную тягу еще на 15 100 фунтов. Максимальная тяга при этом Ракета-носитель создавала 60 700 фунтов тяги по сравнению с 45 600 фунтов тяги у Minuteman I. Ракета-носитель Aerojet оставалась практически то же самое с ракетой Minuteman III, за исключением того, что общий вес ракеты-носителя уменьшился на 18 фунтов с 16 057 фунтов до общего вес 16 039фунты.
Ускоритель третьей ступени
Компания Hercules Powder Company производила ускоритель третьей ступени ракеты Minuteman II, имевшая практически те же характеристики. в качестве ускорителя, используемого с ракетой Minuteman I. С появлением ракеты Minuteman III ракетный ускоритель третьей ступени, использовавшийся на этом Ракета была произведена компанией CSD, которая является твердотопливной компанией Пратта и Уитни.
Бустер третьей ступени производства CSD сохранил тот же материал корпуса двигателя, что и S-9. 01 стекловолокно. Общий вес ракеты-носителя увеличился почти в два раза, с общего веса 4443 фунтов до 8187. Вес одного только топлива увеличился с 3668 фунтов до 7292 фунтов. Этот конкретный бустер имеет длину 5,5 футов и диаметр 4,3 фута. Его максимальная тяга удвоилась с ракетой Minuteman III. С Минитменом II Максимальная тяга ракеты составляла 17 100 фунтов. В ракете Minuteman III ускоритель третьей ступени CSD обеспечивает максимальную тягу 34 500 фунтов.
твердотопливная ракета | Примеры предложений
Словарь > Примеры слова Solid Rocket
Solid Rocket еще нет в Cambridge Dictionary. Ты можешь помочь!
Добавить определение
Каждая ракета-носитель ракеты содержала три камеры, одна для наблюдения за разделением, и две, ориентированные на переднюю кромку.
Из
Википедия
Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован по лицензии CC BY-SA.
Трудно остановить двигатель твердотопливный ракетный до нормального прогорания.
From
Wikipedia
Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован под лицензией CC BY-SA.
Твердотельные ракетные двигатели также представляют значительный риск при обращении с ними на земле.
From
Wikipedia
Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован под лицензией CC BY-SA.
Орбитальный аппарат, в состав которого входили главные двигатели и два твердотопливных ракетных ускорителя , повторно использовался после нескольких месяцев переоборудования для каждого запуска.
From
Wikipedia
Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован под лицензией CC BY-SA.
Доработкам подверглись и твердотопливные ракетные ускорители.
From
Wikipedia
Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован под лицензией CC BY-SA.
В окончательной конструкции нижняя ступень представляла собой возвращаемые твердотопливные ракетные ускорители, а верхняя ступень использовала одноразовый внешний бак.
From
Wikipedia
Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован под лицензией CC BY-SA.
После завершения миссии космический корабль должен был быть выведен с орбиты с помощью пяти твердотопливных ракетных двигателей .
From
Wikipedia
Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован под лицензией CC BY-SA.
К распространенным видам отказа твердотопливных двигателей , , , ракетных двигателей относятся разрушение зерна, нарушение сцепления корпуса и образование воздушных карманов в зерне.
From
Wikipedia
Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован под лицензией CC BY-SA.
Он использовался в качестве твердого ракетного топлива , хотя в этом применении он в основном был заменен перхлоратом аммония с более высокими характеристиками.
From
Wikipedia
Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован под лицензией CC BY-SA.
Ракетный двигатель (или твердотопливный ракетный двигатель) является синонимом ракетного двигателя, который обычно относится к твердотопливным ракетным двигателям .
From
Wikipedia
Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован под лицензией CC BY-SA.
Он также был основой ракеты-носителя, обеспечивая точки крепления двух твердотопливных ракетных ускорителей и орбитального аппарата.
From
Wikipedia
Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован под лицензией CC BY-SA.
Этот двигатель представляет собой твердотопливный ракетный ускоритель с переменной тягой, который предлагает два уровня движущей силы для разных участков диапазона полета.
From
Wikipedia
Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован под лицензией CC BY-SA.
Когда последней ступенью является твердотопливная ракета , ступень может продолжать давать небольшую тягу даже после запуска космического корабля.
From
Wikipedia
Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован под лицензией CC BY-SA.
Сообщается, что его стартовая масса находится в диапазоне от 3300 до 3500 фунтов, включая твердотопливный ускоритель .
From
Wikipedia
Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован под лицензией CC BY-SA.
Однако после отделения твердого ракетного ускорителя камера запотела топливом и стала непригодной для использования.
From
Wikipedia
Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован под лицензией CC BY-SA.
Перхлорат нитрония исследовался как окислитель в твердом ракетном топливе.
From
Wikipedia
Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован под лицензией CC BY-SA.
Диметилфталат является эктопаразитицидом и имеет множество других применений, в том числе в твердом ракетном ракетном топливе, пластмассах и средствах от насекомых.
From
Wikipedia
Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован под лицензией CC BY-SA.
Некоторые виды твердого топлива ракетного топлива имеют проблемы с радиационным переносом тепла через материал, что может привести к взрыву.
From
Wikipedia
Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован под лицензией CC BY-SA.
Они широко используются в пиротехнической промышленности, а перхлорат аммония также входит в состав твердого ракетного топлива.
From
Wikipedia
Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован под лицензией CC BY-SA.
Это усугублялось тем фактом, что соляная кислота является побочным продуктом выхлопа твердых ракетных ускорителей .
From
Wikipedia
Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован под лицензией CC BY-SA.
Эти примеры взяты из корпусов и из источников в Интернете. Любые мнения в примерах не отражают мнение редакторов Кембриджского словаря, издательства Кембриджского университета или его лицензиаров.
BETA
Добавить определение
Solid Rocket еще нет в Cambridge Dictionary. Ты можешь помочь!
Часть речи
Выберите существительное, глагол и т. д. прилагательноенаречиевосклицательноеимясуществительноечислопрефикссуффиксглагол
Определение
Отменить
твердый
твердое топливо
механика твердого тела
БЕТА
тело вращения
БЕТА
твердотопливная ракета БЕТА
твердое состояние
твердотельный накопитель
физика твердого тела
БЕТА
солидарность
БЕТА
Помогите нам улучшить Кембриджский словарь
твердотопливная ракета еще не имеет определения. Ты можешь помочь!
Добавьте определение
Проверьте свой словарный запас с помощью наших веселых викторин по картинкам
{{randomImageQuizHook.copyright1}}
{{randomImageQuizHook.copyright2}}
Авторы изображений
Попробуйте пройти викторину прямо сейчас
Слово дня
ловушка для туристов
многолюдное место, где туристы могут развлечься и купить вещи, часто по высоким ценам
Об этом
Блог
Безграничная энергия и сила (язык энергии, часть 2)
Подробнее
Новые слова
Громовая лихорадка
Другие новые слова
Aerospaceweb.org | Спросите нас — Самолеты и ракеты
Самолеты и ракеты
В чем разница между реактивным двигателем и ракетным двигателем? — вопрос от имени скрыт
Чтобы понять, как работает двигатель, нам сначала нужно понять процесс сгорания. Горение определяется как сжигание или окисление материи для производства энергии. Для горения необходимы два вещества происходить — горючее и окислитель. Топливом может быть что угодно: дрова, уголь или природный газ, используемые для производства тепла. в печи на бензин или водород, используемый в двигателе внутреннего сгорания. Окислитель, как следует из его названия, представляет собой вещество, содержащее кислород.
Простое изображение процесса горения
Назначение как реактивного двигателя, так и ракетный двигатель должен сжигать смесь горючего и окислителя. Это сгорание процесс генерирует выхлоп высокого давления, который создает тягу, толкающую транспортное средство вперед. Фундаментальный Однако разница между двумя типами двигателей заключается в том, откуда берется окислитель.
Реактивный двигатель получает окислитель из внешней атмосферы, как показано на диаграмме ниже. Воздух входит двигатель через впускное отверстие, а затем замедляется и сжимается серией лопаток компрессора. затем сжатый воздух смешивают с топливом, обычно жидкостью на нефтяной основе, похожей на керосин, и сжигают. газ высокого давления выбрасывается через сопло для создания тяги.
Схема простого реактивного двигателя
Ракетный двигатель отличается от реактивного прежде всего одним ключевым моментом. Тогда как струя втягивает окислитель из атмосфере, ракета несет на борту свой собственный запас кислорода. Пример, показанный ниже, представляет собой жидкость ракетный двигатель. Ракеты этого класса несут жидкое топливо и жидкий окислитель в двух отдельных баках. Два жидкости закачиваются в камеру сгорания с некоторой скоростью, называемой массовым расходом, где они смешиваются и сгорел. Так же, как и в реактивном двигателе, описанном ранее, в процессе сгорания образуется газ высокого давления, который выбрасывается через сопло для создания тяги.
Схема жидкостного ракетного двигателя
Существует множество различных комбинаций жидкостей, которые можно сжигать в жидкостных ракетах. Один из наиболее распространенных комбинациями, однако, является жидкий водород в качестве топлива и жидкий кислород в качестве окислителя. Другое распространенное топливо включают керосин и гидразин, а часто используемый окислитель — четырехокись азота. Жидкостные ракеты наиболее обычно используется на больших кораблях, запускающих полезные грузы в космос, таких как американские «Дельта» и «Титан», российские Союз и Протон, и европейские ракеты Ариан.
Другой основной формой ракеты является твердотопливный двигатель, как показано ниже. Твердотопливная ракета тоже перевозит топливо и окислитель на борт автомобиля. Отличие твердотопливной ракеты от жидкостной, однако заключается в том, что горючее и окислитель смешиваются вместе и отливаются в твердую массу. Эта смесь инертна и не горит в обычных условиях. Однако при воздействии источника тепла, такого как воспламенитель, пламя распространяется вдоль поверхности твердого тела и сжигает смесь горючего и окислителя. Однажды начавшись, эта реакция не может быть остановится, и фронт пламени будет продолжать сжигать твердое топливо до тех пор, пока его не останется.
Схема твердотопливного двигателя
Поскольку с ними гораздо проще обращаться и хранить их в течение длительного периода времени, твердотопливные ракеты обычно используются для военные ракеты, такие как Minuteman, AMRAAM и HARM. Ракетные двигатели, которые мы с вами можем купить в магазине и использование для запуска моделей ракет также является твердотопливными ракетами.
Однако, хотя твердотопливные ракеты обычно безопаснее, они обычно не такие мощные и эффективные, как их жидкостные. кузены. Еще одним преимуществом жидкостных ракет является то, что их также можно задушить, замедлив или увеличив скорость. при котором сгорает топливо. Для сравнения, твердотопливная ракета не может быть остановлена после воспламенения. По этим причинам было разработано несколько гибридных классов ракет, чтобы использовать сильные стороны каждого типа.
Удачно названная гибридная ракета представляет собой нечто среднее между твердотопливной и жидкостной ракетами. Этот тип ракет сгорает твердое топливо с использованием жидкого или газообразного окислителя, хранящегося в баке на борту транспортного средства. Главным преимуществом гибридная ракета — это относительная безопасность твердотопливной ракеты, но ракету можно дросселировать, регулируя поток скорость окислителя.
Аналогичным устройством является канальная ракета, представляющая собой нечто среднее между реактивным двигателем и твердотопливной ракетой. Канальная ракета работает так же, как гибридная ракета, за исключением того, что кислород берется из внешней атмосферы, как реактивный, а не перевозимый на борту транспортного средства. Называть такое устройство «ракетой» немного сбивает с толку, поскольку мы уже сказали, что ракета несет свой собственный запас окислителя, но это название этого класса двигателей система была дана. Канальная ракета привлекательна как потенциальный ускоритель для высокоскоростных военных ракет. но до сих пор на вооружение поступило несколько таких конструкций.
Подводя итог, можно сказать, что основное различие между реактивным двигателем и ракетой заключается в том, что ракета несет собственный запас кислорода. внутри, в то время как струя должна получать кислород из внешней атмосферы. Еще один более технический способ объяснить это разница в том, что жидкость, которую реактивный двигатель разгоняет для создания тяги, — это атмосферный воздух, тогда как Жидкость, которую ракета разгоняет для создания тяги, является выхлопом собственного процесса сгорания. Именно по этой причине что ракета работает в безвоздушном пространстве, где нет атмосферы, а реактивный двигатель не будет.
— ответ Джеффа Скотта , 1 февраля 2004 г.
Похожие темы:
Можете ли вы сказать мне, кто построил и поднял в воздух первый реактивный самолет? у меня есть некоторые сомнения о первом полете реактивного самолета, кажется, я читал, что итальянский реактивный самолет летал в 1938-39 гг. Не могли бы вы найти какую-либо информацию, подтверждающую это?
Как может работать реактивный двигатель, когда идет дождь или снег? Разве вода не потушить пламя внутри? Как удаляют воду из реактивного двигателя в дождливую погоду? Дождь или снег проглатывание влияет на эффективность реактивного двигателя?
Почему алюминий используется в твердотопливных ракетных топливах? Какова роль агломерация алюминия при сгорании топлива?
Читать больше статей:
Актуальный вопрос недели
Архив прошлых вопросов
Самые популярные вопросы
Поиск в архиве
Отправить вопрос
Самолет | Дизайн | Спросите нас | Магазин | Поиск
О нас | Свяжитесь с нами | Copyright 1997-2018
Моделирование горения твердого топлива | Блог FLOW-3D
Сжигание твердого топлива — традиционный метод извлечения энергии из твердых тел. Однако важным относительно новым применением сжигания твердого топлива является ракетный двигатель. Разработка новой модели горючих объектов в FLOW-3D v11.1 был основан на сжигании твердого топлива в ракетах. Модель описывает преобразование твердого ракетного топлива в газ с помощью источника тепла, имитируя процесс горения в твердотопливных ракетах.
Физика модели
Сгорание топлива в камере сгорания приводит к повышению температуры и давления окружающего газа. Кроме того, по мере сгорания топлива область течения увеличивается. Предсказать эти изменения течения представляет интерес, поскольку от них зависит динамика (например, траектория и скорость) ракеты. Для учета изменений размера области течения был разработан вариант модели General Moving Object (GMO). В дополненной модели компонент геометрии, представляющий твердое топливо, обозначен как ГМО-компонент особого типа: вместо того, чтобы двигаться, он меняет форму и размер. Такую деформацию горючей детали можно увидеть при моделировании в конце этой статьи. Если необходимо смоделировать упругие напряжения в твердом топливе, модель взаимодействия жидкости и конструкции будет работать с этой новой разработкой.
Массовый источник дымовых газов предполагается стагнационным, т. е. начальная скорость выхлопных газов равна нулю. В результате в уравнениях импульса отсутствует дополнительный исходный член. Скорость сгорания определяется приведенным ниже уравнением. и0612 b — эмпирические параметры.
Как настроить модель
Модель требует активации модели сжимаемого потока. Твердое топливо определяется как особый тип геометрического компонента – горение, и необходимо определить параметры реакции (a и b). Приведены значения по умолчанию для коэффициентов множителя и мощности, но эти значения могут быть изменены пользователем. Значения по умолчанию для коэффициентов множителя и мощности равны 1e-05 и 0,5 соответственно. Эти значения могут быть изменены пользователем.
Пример моделирования с результатами
Рис. 1. Часть ракеты, используемая для моделирования в FLOW-3D v11.1, вместе с реальной частью
. Это моделирование твердого топлива, сгорающего внутри ракеты. Конструкция, использованная для ракетной части, вместе с реальной частью показана на рисунке 1. Цилиндрическая сетка использовалась из-за цилиндрической геометрии установки.
Изменение давления газа (изменение во времени показано в Моделировании 1), скорости и массовой доли дымового газа — это, как правило, то, что пользователь, скорее всего, будет изучать. В результатах также показано число Куранта (рис. 2), которое представляет собой отношение расстояния, пройденного жидкостью за один временной шаг, к размеру ячейки сетки.
Номер Куранта
Более высокие значения числа Куранта указывают на то, что размер временного шага может быть слишком большим для точного захвата локальных параметров потока. На рис. 4 число Куранта остается низким внутри камеры зажигания, но увеличивается по мере перехода потока из камеры в сопло. Поскольку основной целью изучения этого случая было моделирование поведения горючего объекта, насколько далеко простирается камера зажигания, число Куранта там низкое, что обеспечивает точное решение. Этого может не быть в случае с соплом, но пользователь может уменьшить временной шаг, чтобы запустить моделирование при более низком числе Куранта, если это необходимо.
Рисунок 2. Плоские графики важных переменных в FLOW-3D v11.1
Явное и неявное
К настоящему моменту вы, возможно, уже задумывались о числовых сложностях, связанных с этой симуляцией. Общий размер временного шага ограничен скоростью адвекции в сопле, что может привести к большому времени вычислений. Для ускорения вычислений можно использовать неявную схему переноса. Однако размер шага по времени необходимо тщательно контролировать, чтобы свести к минимуму ошибки, связанные с неявной схемой.
Пути и циркуляция
Рис. 3. Траектории движения жидкости в горючей части, визуализированные с помощью FlowSight.
Pathlines — это превосходные математические функции и инструменты визуализации для понимания истории частиц жидкости в вычислительной области. Мощный инструмент визуализации, такой как FlowSight, рассчитывает линии пути в зависимости от требований пользователя с точки зрения длины, количества и т. д. На рис. 3 показана горючая часть снизу (в продольном направлении) в верхнем левом окне просмотра. Линии пути рассчитываются и визуализируются в главном окне просмотра (рисунок в центре). С первого взгляда видно, что происходит значительная локальная циркуляция наряду с глобальной циркуляцией на периферии. Такая физика может быть важна для понимания при программировании траектории ракеты.
Стартап, связанный с Purdue, разрабатывает новый состав ракетного топлива, который позволит ракетам, используемым в военных и космических приложениях, летать дальше, нести большую полезную нагрузку и быть более безопасным для окружающей среды. Брэндон Терри, выпускник Purdue и научный сотрудник с докторской степенью на факультете машиностроения Purdue, и Крис Стокер, выпускник Университета Индианы, стали соучредителями компании Adranos Energetics для разработки технологии повышения характеристик ракет.
Стокер сказал, что ракетное топливо не изменилось за последние 60 лет и имеет два основных недостатка: неэффективность и вредное воздействие на окружающую среду. «Существующие источники ракетного топлива выделяют токсичную соляную кислоту, которая наносит ущерб окружающей среде и разъедает стартовое оборудование, что приводит к дорогостоящим затратам на восстановление окружающей среды и расходы на техническое обслуживание оборудования», — сказал он. «Наш процесс сжигания топлива предотвращает образование соляной кислоты, полностью устраняя негативные последствия ракеты».
Кроме того, формула топлива Adranos использует микровзрывные тенденции, которые обеспечивают гораздо более высокую эффективность сгорания и меньшие потери потока, заставляя ракеты лететь дальше, неся при этом больший вес.
«Это новое царство металлического микровзрывчатого топлива наблюдалось людьми, но еще не использовалось в составе топлива. Когда ракета движется вперед, источник топлива часто выбрасывается из шлейфа ракеты, то есть топливо отрывается от источника топлива и не воспламеняется, чтобы ракета двигалась вперед», — сказал Терри. «В существующих источниках топлива теряется до 10 процентов топлива, однако наше топливо вызывает микровзрыв ранее потерянного топлива, поэтому мы используем полный источник топлива, чтобы продвигать ракету вперед с большей силой и на более высоких скоростях».
Министерство обороны США и союзники США могут использовать ракетное топливо, сказал Терри. «Используя наше топливо, ракеты могли бы лететь намного дальше и с большей взрывной силой, удерживая солдат на большем и безопасном расстоянии», — сказал он. «Наше топливо может не только защитить жизнь бойца, дав ему конкурентное преимущество, но и уменьшить коррозию оборудования, сэкономив значительные суммы денег».
Компания находится на стадии лабораторных испытаний и продемонстрировала повышенную производительность и отсутствие соляной кислоты при сжигании топлива в малых масштабах.
«Сейчас мы проводим испытания, чтобы доказать, что технология работает по мере увеличения размеров ракеты. В настоящее время мы проверяем функциональность и рабочие характеристики ракетных двигателей диаметром три дюйма и длиной 15 дюймов, и в конечном итоге мы будем масштабироваться. до ракетных двигателей пяти дюймов в диаметре и пяти футов в длину, — сказал Стокер. — Убедительные результаты этих испытаний могут открыть двери для использования нашего топлива в различных ракетных и космических системах».
Source
Topics: Aerospace Defense Materials Propulsion
More From SAE Media Group
Defense INSIDER
Aerospace Manufacturing and Machining INSIDER
Aerospace INSIDER
Photonics & Imaging Technology INSIDER
Главные новости
INSIDERT Test & Measurement
B-21 Raider прошел калибровочные испытания с первыми нагрузками
Для тех, кто интересуется моторами в целом и их авиационными моделями в частности, турбовальный двигатель в первую очередь ассоциируется с вертолетами, недаром их называют «вертолетными ГТД». Именно здесь ТВаД нашли наибольшее применение и уже не один десяток лет с успехом используются. Но вертолеты – не предел их возможностей, многие другие отрасли машино- и судостроения взяли на вооружение этот тип двигателей, но обо всем по порядку.
Итак, турбовальный двигатель принадлежит славному семейству газотурбинных двигателей (ГТД) наравне с турбореактивными (ТРД) и турбовинтовыми (ТВД). ГТД представляет собой тепловую машину, в упрощенной схеме состоящую из компрессора и турбины, работающей за счет сжигания топлива в камере сгорания. Наиболее простой его разновидностью является турбореактивный двигатель, в котором энергия от сжигания топлива идет только на вращение компрессора через турбину, а излишек энергии выходит через сопло в виде газов под высоким давлением, образуя реактивную тягу. Но эта энергия может не только «вылетать в трубу», но и выполнять полезную работу, вращая воздушный винт (турбовинтовой двигатель) или вал (турбовальный двигатель). Это и является принципиальной разницей между всеми вышеотмеченными видами моторов семейства ГТД – способ использования свободной энергии.
Устройство и принцип работы двигателя
Строение турбовального двигателя в общих чертах напоминает строение ТРД. Основными составляющими являются комрессор, турбина, камера сгорания и вал. В отличие от других газотурбинных двигателей ТВаД совсем не имеет реактивной тяги – вся свободная энергия расходуется на вращение вала, поэтому и сопла, как такового, у него нет, а есть только каналы (своеобразные выхлопные трубы), по которым отводятся отработанные газы. Еще одна особенность ТВаД – наличие не одной, а двух турбин, не связанных между собой механически. Одна турбина приводит в движение компрессор, а вторая – рабочий вал. Между собой они связаны газодинамически. Некоторые модели турбовинтовых двигателей также имеют схожую конструкцию, но не обязательно. В случае с ТВаД турбин всегда две.
Две основные схемы устройства ТВаД с описание расположенных механизмов. Картинки кликабельны.
Принцип работы турбовального двигателя тоже не сильно отличается от ТРД или ТВД. Компрессор, приводимый в движение турбиной, нагнетает воздух в камеру сгорания, где он перемешивается с впрыснутым через форсунки топливом. Топливный заряд воспламеняется и сгорает, в результате чего образуются газы с большим запасом энергии. Расширяясь, они вращают турбины, приводя в движение компрессор и вал, а отработанные газы выводятся наружу.
Компрессор турбовального двигателя имеет несколько ступеней и может быть центробежным, осевым или комбинированным. Комбинированные компрессоры сочетают в себе и центробежные, и осевые ступени.
Обязательным конструктивным элементом ТВаД, как, впрочем, и турбовинтового двигателя, является редуктор, установленный между турбиной и валом. Сама турбина вращается с угловой скоростью, достигающей 20 000 об/мин. Понятно, что винт, закрепленный на валу и создающий тягу, не сможет работать при такой скорости и выполнять свои функции, ведь тогда ему придется вращаться со сверхзвуковой скоростью. Редуктор, установленный перед валом, понижает обороты и увеличивает крутящий момент, так что скорость вращения лопастей винта вертолета значительно меньше скорости вращения турбины.
Если турбовинтовые двигатели, которые используются на самолетах, должны иметь компактные размеры, а вал турбины и вал винта у них устанавливаются параллельно в одном корпусе, то к габаритам турбовальных двигателей таких жестких требований нет. Рабочий вал у них может находиться впереди турбины или за ней, в одном корпусе с ней или отдельно. Это объясняется тем, что мотор спрятан в конструкции кабины, где его можно расположить в любом удобном положении. Различают цельные моторы и модульные, состоящие из отдельных модулей, связанных между собой механически. Часто в одном модуле расположены компрессор и турбины, а в другом – рабочий вал, связанный с валом турбины редуктором.
Легкий американский вертолет AH-6j Little Bird
Применение
Нашел себе применение турбовальный двигатель и на земле. Правильнее даже говорить, что именно на земле он изначально и использовался, и только после появления авиации, как таковой, «переселился» на небо. Его можно встретить и на транспорте, и на различных магистральных станциях, где он обычно используется, как альтернатива дизельного двигателя. В сравнении с дизелем ТВД более легкий по весу, менее шумный и более мощный, если брать двигатели одного размера.
В промышленности и народном хозяйства
ТВаД успешно используется в качестве нагнетателя природного газа на газоперекачивающих станциях. Его нередко можно увидеть на крупных газовых магистралях. Одна из последних разработок газовая турбина T16, мощностью 16 МВт. Короткое видео с применением турбовального двигателя в электроэнергетики.
Основные показатели:
16,5 МВт — мощность на валу.
37% — КПД, механический привод.
36% — КПД, электрический (простой цикл).
80% — КПД, комбинированное производство электроэнергии и тепла
200 000 часов — полный жизненный цикл
выбросы NOx — не более 25 ppm.
Турбовальные двигатели используются в мобильных электростанциях для привода генератора. Электростанции с данным двигателем занимают меньший объем, аналогичной электростанции с традиционными двигателями.
В транспортной сфере
Несмотря на то, что в большинстве случаев турбовальные двигатели описываются, как силовые установки вертолетов, их применение не ограничено только ими. Частенько ТВаД играет роль не основного движителя, а вспомогательной установки. Такими установками обычно оснащаются самолеты, а используются они для питания энергией основных систем судна при его наземном обслуживании. То есть, когда самолет находится на земле, не обязательно запускать его основные моторы для получения электричества или создания давления в гидросистемах, для этого достаточно запуска такой небольшой установки. Также ТВаД используется в качестве пускового агрегата, который проворачивает ротор турбины при запуске. В этом случае он имеет название турбостартер.
Вид железнодорожного транспорта, на который устанавливается ТВаД, носит название газотурбовоз. Принцип его работы заключается в том, что турбовальный двигатель вращает вал генератора, вырабатывающего электрический ток. Ток поступает на электромоторы, которые, по сути, и являются основной силовой установкой. История газотурбовозов началась в 60-е годы, когда были сконструированы первые опытные образцы, правда, потом они уступили место более известным сейчас электровозам. Вместе с тем с 2007 года возобновились работы по созданию газотурбовозов, и даже был создан пробный экземпляр, работающий на сжиженном газе. Его испытания прошли успешно, так что в скором будущем, возможно, он будет выпускаться серийно.
Не обошли стороной ТВаД и создатели военной наземной техники. Некоторые танки, в том числе и отечественный Т-80 и американский М1 Abrams, оснащены ТВаД. Короткое видео разработки, внедрения и применения турбовального двигателя на танке.
Турбовальные двигатели также используются и на водном транспорте, называемом газотурбоходами. К ним относятся суда на воздушной подушке или на подводных крыльях. Наиболее известным отечественным газотурбоходом является военное судно «Зубр» — наиболее крупный десантный корабль на воздушной подушке. Этот гигант известен далеко за пределами России и является мировым рекордсменом среди суден на воздушной подушке по своим габаритам. А вот с отечественными пассажирскими газотурбоходами как-то не сложилось. Судно «Циклон», сконструированное в 80-хх годах, не пережило перестройки и со временем забылось, а новые пассажирские суда, оснащенные ТВаД пока не появились.
Танк Т-80 с газотурбинным двигателем
Десантное судно «Зубр»
Преимущества и недостатки
Основным преимуществом турбовального двигателя является то, что по сравнения с поршневыми двигателями он более легкий по весу, менее шумный и более мощный, если брать двигатели одного размера. Вся суть турбовального двигателя и заключается, чтоб максимально использовать энергию сгорающего топлива, по сравнению с поршневыми двигателями это реализуется лучшим образом. Тем самым в одном килограмме двигателя можно реализовать конструкцию, более мощную своих цилиндрических сородичей, которая с каждого килограмма топлива будет забирать тепловую энергию и преобразовывать ее в механическую.
Есть у турбовального двигателя и недостатки. Первый из них – сравнительно большой расход топлива и, соответственно, низкий КПД, несмотря на высокие показатели мощности. Именно этот недостаток объясняет его ограниченное применение на наземном транспорте, где его можно заменить более эффективными силовыми установками. Второй недостаток – чувствительность к загрязнениям. Компрессор, втягивая воздух в камеру сгорания, заодно всасывает и пыль, и посторонние предметы, что сказывается на качестве работы двигателя и на его исправность в целом. На высоких оборотах даже незначительные твердые частички могут повредить лопасти турбины. Поэтому ТВаД нуждается в надежной системе тщательной очистки воздуха, а расходы на нее далеко не всегда оправданы – в большинстве случаев намного проще и дешевле использовать традиционный дизель. Это еще одна причина, по которой эти двигатели в основном используются в воздухе: там и грязи меньше, и птицы летают ниже высоты полета, так что нормальной работе компрессора и турбины ничего не мешает. Зато масса ТВаД намного меньше любого поршневого двигателя, а это в авиации немаловажно.
Турбовальные двигатели – это действительно в первую очередь «сердца» вертолетов, а уж потом все остальное. Именно эти стальные «стрекозы» дают возможность оценить основные преимущества ТВаД, ну а недостатки в этом случае совсем незначительны.
как устроен вертолет с одной лопастью
В 2011 году по СМИ пронеслась новость о разработке Ульриха, Пайнса и Хамберта из университета Мэриленда – роботе-вертолете с одной лопастью, летающем по принципу кленового семечка. Интересно, что разработка эта не уникальна. Монокоптеры – это целый класс летательных аппаратов, придуманный более ста лет назад и получивший сегодня второе дыхание.
Андрей Соколов
Многие из нас в детстве запускали кленовые крылатки с балкона. Вместо того чтобы падать вертикально вниз, такой плод планирует, быстро вращаясь, точно вертолетный винт. Этот эффект основан на удлиненном сухом околоплоднике, аэродинамические свойства которого сходны со свойствами лопасти пропеллера. Конечно, глядя на крылатку, человек не мог не подумать: надо применить этот принцип в механике!
Правда, практика показала — что хорошо для природы, то совершенно не обязательно хорошо для рукотворной техники. Так или иначе, 14 января 1910 года французские инженеры Альфонс Папен и Дидье Руилли представили перед Французской академией наук проект летательного аппарата, формой и принципом действия напоминавшего крылатку белого клена. На заре авиастроения интерес к оригинальным проектам был весьма велик, поскольку предсказать, какой из многочисленных воздухоплавательных принципов «сработает», было довольно трудно. В итоге уже годом позже Папен и Руилли получили финансирование от военных, поскольку армия всегда первой подхватывала перспективные проекты, — и принялись за дело.
Траектория куколки
Природная задача крылатки достаточно проста. Замедление падения и сложность траектории позволяют семени-вертолету улетать значительно дальше от материнского дерева, нежели, например, желудю или каштану. Зачем это нужно в технике? Ведь стабилизировать траекторию полета монокоптера невероятно трудно, поскольку лопастью в нем служит весь корпус. Плюс ко всему, если монокоптер несет на себе человека, необходимо каким-то образом обеспечить неподвижность кабины и достаточную стабильность аппарата при нахождении в воздухе. В общем, задача кажется нетривиальной, значительно более сложной, нежели в случае с вертолетом обычной схемы.
Тем не менее неоспоримые плюсы у монокоптеров есть. Во-первых, они, подобно автожирам, не упадут на землю при отказе двигателя, а спланируют на авторотации. Во-вторых, монокоптер состоит из очень небольшого количества элементов, причем подвижных среди них — раз, два и обчелся, и потому его надежность весьма высока; даже столкновение с другим летательным аппаратом и легкие повреждения, нанесенные корпусу-крылу, позволят монокоптеру пролететь еще некоторое расстояние, например, до базы. На последнее преимущество и купились французские военные.
Творение Папена и Руилли получило название Chrysalide («Куколка»), а сам класс аппаратов, защищенный двумя европейскими и одним американским патентами, — Gyroptere (гироптер). Странный вертолет имел одну огромную полую лопасть длиной 17 м и по конфигурации был практически один в один скопирован с кленовой крылатки. Лопасть располагалась с одной стороны от кабины пилота, с другой она уравновешивалась силовым агрегатом, 9-цилиндровым ротативным двигателем Rhone мощностью 80 л.с. — для того времени очень немало.
Собственно, кроме звездообразного ротативного двигателя, другого варианта не было: в таком агрегате цилиндры вместе с картером вращаются вокруг неподвижного коленчатого вала. Rhone «выдавал» 1200 об/мин и вращал вентилятор, нагнетавший внутрь лопасти воздух. Из выгнутого конца лопасти струя выходила со скоростью порядка 100 м/с, приводя весь аппарат во вращение. Пилот «Куколки» располагался в центре масс между крылом и вентилятором — это позволяло стабилизировать его положение. Направление полета задавалось воздушной струей: часть нагнетаемого воздуха отводилась в поворотный воздухопровод, соединенный с рулем.
Так или иначе, к 1913 году «Куколку» построили, хотя проблем оказалось множество: в частности, технологии того времени не позволяли обеспечить достаточную прочность конструкции, да и положение пилота оказалось не столь стабильным, как следовало из расчетов. Плюс ко всему началась Первая мировая война, и полевые испытания сумели провести лишь 31 марта 1915 года на небольшом озере в департаменте Кот д’Ор.
Вдобавок ко всему прочему оказалось, что мощности мотора катастрофически не хватает — монокоптер вращался с частотой всего 47 об/мин, хотя по расчетам для взлета требовалось как минимум 60 об/мин. Закончилось испытание печально: пилота начало закручивать и трясти, он сумел каким-то образом спрыгнуть в воду, после чего «Куколка» заглохла, перевернулась — и затонула, несмотря на то что ее основанием был полый поплавок.
К несчастью, при испытаниях присутствовала военная комиссия, то есть представители «спонсора». Средства были отозваны, а разработку рекомендовали прекратить. В военное время стране было не до экзотики, Папен и Руилли трудились на благо отечества в совершенно других областях. Впрочем, «Куколку» инженеры из озера подняли, а в 1917 году представили новый проект облегченного гироптера — правда, денег на его создание правительство уже не выделило. Поиски финансирования незадачливые изобретатели продолжали аж до 1936 года.
Кому нужен монокоптер?
Но даже если бы на «Куколку» был установлен более мощный двигатель (как и планировалось изначально), даже если бы она взлетела — вряд ли монокоптеры нашли бы свою нишу в мировом авиастроении. Авиационный бум 1910-х годов позволил прогрессу идти семимильными шагами: уже к концу Первой мировой войны армии всех воюющих государств были оснащены самолетами, достаточно совершенными и скоростными, чтобы творение Папена и Руилли осталось лишь историческим курьезом.
Казалось, возвращаться к схеме крылатки нет никакого смысла. Слишком громоздкая и сложная конструкция с невысокой грузоподъемностью может служить разве что для наблюдения, но сегодня эту функцию повсеместно выполняют дроны… Стоп! Дроны? А это идея!
Действительно, если полноразмерный монокоптер, обязанный выдерживать человека, оказывается чрезмерно неудобным и ненадежным, то для крошечного дрона-наблюдателя подобная схема кажется чуть ли не оптимальной. Если сравнять размеры робота с размерами прототипа — кленового плода, то окажется, что у беспилотных монокоптеров очень неплохое будущее. В 2006 году, спустя почти век после французов, об этом задумались специалисты компании Lockheed Martin.
Маленькие машинки
Конечно, во всем замешано агентство DARPA — кто же еще! 10 июля 2006 года было объявлено, что Lockheed Martin получили неплохой грант на разработку монокоптера в рамках программы nano air vehicle (NAV). Итоговая конструкция по техзаданию должна весить не более 20 г и иметь не более 15 см по максимальному размеру; кроме того, заказчики из DARPA указали и минимальную скорость наноразведчика — 36 км/ч, что кажется откровенно фантастическим. Изначальный прототип, рассчитанный на компьютере, действительно имел размеры кленовой крылатки — 5-сантиметровая лопасть и крошечный реактивный двигатель, вращающий устройство с частотой порядка 15 000 об/мин. Плюс, конечно, оборудование: сенсоры, камеры, коммуникационное устройство, и все это каким-то чудесным образом вмещается в систему, суммарная масса которой составляет всего 10 г.
Но время шло, а сделать расчетную конструкцию в пластике не получалось. В итоге монокоптер Lockheed Martin проиграл конкуренту — устройству под названием Nano Hummingbird (то есть «колибрилету»), созданному в рамках того же заказа компанией AeroVironment. 19-граммовая законченная модель махолета, «срисованного» с колибри, была представлена зимой 2011 года, в то время как монокоптер до сих пор находится в разработке. На сегодняшней стадии длина его лопасти достигла 17 см; правда, на выставках чаще всего демонстрировался более крупный экземпляр с 40,6-сантиметровым крылом; на нем тестируется и система управления.
Впервые дрон от Lockheed Martin, получивший в итоге название Samarai, был показан в августе 2011 года на выставке AUVSI (Международной ассоциации конструкторов беспилотников). Запросы DARPA пока что остались невыполненными: в придачу к чрезмерной длине дрон еще и весит 227 г, хотя камеру держит вполне исправно. Реактивный двигатель в итоге заменили электрическим — с пропеллером, расположенным на законцовке лопасти.
Но пока Lockheed Martin бьется над непростой задачей, троица независимых инженеров из Мэрилендского университета построила свой дрон-монокоптер The Ulrich Flyer (или иначе — Robotic Samara, окончательного названия еще нет). Точнее, целых три дрона, последний из которых имеет всего лишь 7,5-сантиметровое крыло, — кажется, у ребят из Lockheed Martin серьезные проблемы в плане конкуренции. Надо сказать, Ульрих и компания работали над монокоптером тоже достаточно давно, с 2007 года. Принцип работы The Ulrich Flyer такой же, как и у Lockheed Martin Samarai, то есть имеется крыло в форме крылатки и импеллер на его законцовке. Вот только у мэрилендцев получилось (почти — по крайней мере по размерам) вложиться в технические требования заказчика.
Дроны-наблюдатели, сделанные по схеме монокоптера, хороши тем, что в них практически нечему ломаться. Кроме крошечного электродвигателя с пропеллером, в них нет ничего подвижного. Правда, до сих пор стоит проблема стабильного управления монокоптерами — но если DARPA и впредь будет выделять миллионы долларов на подобные разработки, нет сомнений, что ученые преодолеют все барьеры.
Беспилотникам — дорогу!
Сегодня ничто не указывает на какие-либо перспективы для пилотируемых монокоптеров. Попытка Папена и Руилли была очень неплоха для 1910-х — но, видимо, навсегда отбила у инвесторов желание вкладывать средства в подобные проекты. Тестовый вертолет Bolkow Bo-103 был создан в 1960 году только для тестирования стеклопластикового профиля лопасти — никак не для серии. А вот беспилотники имеют все шансы серьезно обосноваться на современном рынке военных дронов-наблюдателей.
Дроны-монокоптеры всегда казались интересной концепцией. Известен ряд разработок Чарльза Маккатчена, строившего подобные модели в 1950-х; впоследствии монокоптеры строили моделисты из СССР, Румынии, США, в 1988 году моделист Кори Клайн первым сконструировал монокоптер с ракетным двигателем. Сегодня есть целый ряд моделистов, создающих копии монокоптеров Маккатчена (McCutchen Machines) и свои собственные системы, а профессор Кентского университета (Огайо) даже выпустил по подобным моделям монографию.
При должной компактности к монокоптеру можно смело прикрепить даже очень дорогое оборудование (камеры, датчики), поскольку он не может упасть даже при отказе двигателя, да и вообще теоретическая надежность монокоптера весьма высока. Создатели Robotic Samara приводят и еще один аргумент в пользу дронов-наблюдателей однолопастной конфигурации: подобный робот вращается несколько сотен раз в минуту, каждый раз фиксируя панорамную картинку и, таким образом, собирая максимально возможную информацию об окружающей обстановке. Обычному дрону для получения такого же объема нужно разворачиваться, заходить на виражи и т. д. Правда, остается решить вопрос стабилизации, но при современном уровне технологий все возможно. И самое интересное, что шансы со-здать работающий и управляемый дрон-монокоптер у любителя-моделиста и серьезной организации вроде Lockheed Martin примерно равны. Особенно если DARPA выделит на это необходимые средства.
Соосная схема. Зачем вертолетам Камова два несущих винта
https://ria.ru/20171112/1508583757.html
Соосная схема. Зачем вертолетам Камова два несущих винта
Соосная схема. Зачем вертолетам Камова два несущих винта
Легкие, быстрые, компактные, надежные и необычные — эти характеристики идеально подходят серии вертолетов КБ имени Камова, которая в воскресенье отмечает. .. РИА Новости, 12.11.2017
безопасность, сирия, виктор мураховский, вмф рф, камов, ка-52 «аллигатор», ка-50 «черная акула», ка-27, министерство обороны рф (минобороны рф), россия
Безопасность, Сирия, Виктор Мураховский, ВМФ РФ, Камов, Ка-52 «Аллигатор», Ка-50 «Черная акула», Ка-27, Министерство обороны РФ (Минобороны РФ), Россия
МОСКВА, 12 ноя — РИА Новости, Андрей Коц. Легкие, быстрые, компактные, надежные и необычные — эти характеристики идеально подходят серии вертолетов КБ имени Камова, которая в воскресенье отмечает 70-летний юбилей. Двенадцатого ноября 1947 года в воздух поднялась первая машина знаменитого советского авиаконструктора Николая Камова — Ка-8 «Иркутянин». Это событие стало началом эпохи вертолетов с соосной схемой расположения несущих винтов. Россия до сих пор остается единственным государством в мире, наладившим массовое производство этих сложных машин. Камовские вертолеты успешно трудятся на «гражданских должностях», а также служат в частях армейской и морской авиации. О том, для чего нужна соосная схема, а также о ее главных преимуществах и недостатках — в материале РИА Новости.
Без доворота
13 октября 2017, 09:03
«Вертолеты России» обсуждают с ВМФ поставки машин Ка-52К
Первый соосный летательный аппарат КБ имени Камова К-8 «Иркутянин» больше напоминает летающий мотоцикл, нежели привычный для взгляда обывателя вертолет. Во-первых, у него отсутствует фюзеляж. Вся конструкция состоит из стальных труб, закрепленных на двух надувных цилиндрических баллонах. Пилот сидит в небольшом открытом кресле. Максимальная взлетная масса Ка-8 — всего 320 килограммов, длина — 3,7 метра, высота 2,5 метра. Скромны и летные характеристики: «Иркутянин» был способен подниматься на 250 метров максимум и разгоняться до 80 километров в час. Впрочем, за скоростью и высотой при создании «первенца» камовцы не гнались. Настоящим прорывом стали несущие трехлопастные винты, расположенные один над другим. Это конструктивное решение — визитная карточка практически всех вертолетов Ка.
«Вертолет традиционной схемы в воздухе постоянно доворачивает в ту сторону, в которую вращается его несущий винт, — рассказал РИА Новости главный редактор журнала «Арсенал Отечества» Виктор Мураховский. — Чтобы компенсировать этот момент, на хвостовую балку машины устанавливают дополнительный рулевой винт, который крутит машину в противоположную сторону. Вертолетам Камова такой привод просто-напросто не нужен. Их несущие винты вращаются в противоположные стороны. Такое решение значительно упрощает механику машины, снижает ее уязвимость. Говорят, что Ка-52 способен совершить посадку даже с отстреленным под корень хвостом».
Ка-8 в боях поучаствовать не довелось. Во-первых, он предназначен для связи и разведки. Во-вторых, эта машина была построена всего в трех экземплярах. Впервые широкой публике «Иркутянина» показали на параде в Тушино летом 1948 года. Вертолет поднялся в воздух прямо с кузова грузовика, сделал несколько проходов и благополучно приземлился. Именно тогда им заинтересовалось командование ВМФ, заказавшее Камову проект создания специализированной разведывательной машины. С тех пор вертолеты Ка долгое время оставались флотским «эксклюзивом».
Любопытный факт: само слово «вертолет» вошло в обиход именно благодаря создателям Ка-8. Перед тушинским парадом организаторы спросили Николая Камова, как представить его машину публике. Тот подумал и ответил: «вертолет». До этого момента винтокрылые летательные аппараты именовали американизмом «геликоптер».
Работа над ошибками
30 июля 2017, 19:28
День ВМФ: боевые корабли, подлодки и флотская авиацияВ последнее воскресенье июля в России отмечается День Военно-морского флота. Как прошли торжества по случаю Дня ВМФ в разных городах — в фотоленте Ria.ru.
Прямыми потомками Ка-8 стали вертолеты Ка-10 и Ка-15, созданные на его основе. Первый появился в конце 1948 года и практически не отличался от оригинальной машины. Он получил более мощный двигатель, больший диаметр несущих винтов и радиостанцию. Кроме того, в Ка-10 была предусмотрена система катапультирования, выбрасывающая пилота назад путем складывания спинки кресла. Испытания этой машины были непростыми. Вертолет раз за разом терял винтами воздушный поток. Однажды это привело к трагедии. Летчик-испытатель Михаил Гуров поднял Ка-10 над испытательной площадкой на 200 метров, проверяя, насколько машине хватает топлива на такой высоте. Для этого он вел аппарат на номинальных оборотах. Скорости лопастей оказалось недостаточно, и вертолет упал. Гуров скончался по пути в больницу.
Впрочем, со временем Ка-10 довели до ума. В 1951 году приняли решение о строительстве военной версии вертолета. К 1953 году в строю уже было девять машин. Ка-10 удалось успешно посадить на палубу крейсера «Максим Горький» при сильном ветре, что лишний раз доказало преимущество соосной схемы: вертолет практически не болтает даже в шторм. Кроме того, военный вариант машины получил полноценную приборную панель с высотомером, спидометром, компасом, вариометром и указателем оборотов несущих винтов.
Ка-15 стал первым вертолетом Николая Камова, пошедшим в крупную серию. Всего было построено 354 машины этого типа. Ка-15 задумывался как противолодочный вертолет, но для нужд флота он получился недостаточно эффективным — сказывалась малая грузоподъемность. В итоге ВМФ разработал необычную тактику боевых троек. Первый Ка-15 нес два гидроакустических буя для обнаружения подлодок. На втором была установлена аппаратура управления и слежения. Глубинные бомбы же устанавливались на третьем. Понятно, что такой подход снижал общий боевой вес Ка-15. К тому же было несколько случаев схлестывания лопастей несущих винтов, что приводило к крушению вертолета. Вряд ли стоит винить в этом конструкторов: соосная схема в то время была малоизведанной областью. Приходилось учиться на ошибках.
6 января 2017, 11:43
Российская морская авиация в Сирии за два месяца совершила 420 вылетов
«Такую схему очень сложно реализовать технически, в отличие от традиционного «одновинтового» подхода, — рассказал РИА Новости Виктор Мураховский. — Она требует большого объема научных расчетов, математики, глубокого знания аэродинамики. Винты на «камовых» располагаются близко друг к другу. Необходимо продумать, как они влияют друг на друга в полете, отработать все это на практике. С годами наши специалисты достигли очень высокого уровня. В других странах серийных машин такой конструкции просто нет — это наше ноу-хау. На Западе строят лишь какие-то опытные экземпляры, беспилотники, зонды. До массового производства дело так и не дошло».
Не только для моря
Всего для нужд Военно-морского флота КБ Камова разработало более десятка различных моделей вертолетов. На сегодняшний день в составе авиации ВМФ имеется 63 многоцелевых Ка-27 и 16 поисково-спасательных Ка-27ПС, 28 транспортно-боевых Ка-29, а также несколько машин радиолокационного дозора Ка-31. Эти вертолеты способны выполнять самый широкий круг задач: вести разведку, высаживать десант на побережье, поддерживать его огнем, спасать сбитых над морем летчиков, выслеживать подводные лодки противника и многое-многое другое. Работу соосных винтов на данных машинах удалось «отполировать до блеска» — серьезные летные происшествия с ними можно пересчитать по пальцам двух рук.
«У соосных вертолетов выше грузоподъемность и на внешней подвеске, и внутри кабины, а кроме того, габариты соосного вертолета меньше, что очень удобно при использовании, например, на нефтяных площадках, — рассказал РИА Новости Заслуженный летчик-испытатель России, старший летчик-испытатель АО «Камов» (входит в концерн «Вертолеты России») Александр Папай. — При соосной схеме управляемость вертолета выше, выше маневренность и лучше высотные характеристики, потому что вся мощность идет на основные винты. А маневренность нужна при ведении боевых действий. Соосный вертолет симметричен, у него нет в полете дополнительных кренов».
Весь накопленный за десятилетия опыт камовцы использовали при создании машин и для армейской авиации. О «Черных акулах» Ка-50 и их двухместных модификациях Ка-52 «Аллигатор» слышали, наверное, все. Бронированные и вооруженные самыми современными ракетами «летающие танки» показали себя грозной силой. Боевая эксплуатация Ка-50 в Чечне подтвердила, что вертолеты соосной схемы прекрасно себя чувствуют не только над морем, но и в горах, где боковой ветер и сложные метеоусловия могут погубить даже опытного пилота.
«Черная акула» получилась очень живучей. В одном из боевых вылетов экипаж отстрелялся по боевикам с малой высоты, в результате чего в одну из лопастей попал крупный осколок. Вертолет без проблем долетел до аэродрома Ханкала, где поврежденный участок просто отрезали. После этого он своим ходом добрался до пункта базирования. В целом же летчики в Ка-50 буквально влюбились. Мощное бронирование кабины и наличие системы катапультирования придает экипажам уверенности, что в сочетании с высокой автоматизацией полета и отличными маневренными характеристиками самым положительным образом влияет на боевой дух летчиков.
19 июня 2017, 13:51
Вертолет Ка-52К «Катран»Ка-52К предназначен для базирования на кораблях ВМФ России. Об особенностях конструкции вертолета — в инфографике Ria.ru.
Все эти черты характерны и для двухместного Ка-52, дебютировавшего в Сирии. В марте 2016 года несколько «Аллигаторов» были переброшены на авиабазу Хмеймим и начиная с апреля используются в различных операциях. Обкатали на Ближнем Востоке и палубную модификацию Ка-52К, получившую обозначение «Катран». Обе машины прекрасно показали себя в не самом привычном для них климате.
На сегодняшний день в частях армейской авиации стоят на вооружении более 100 «Аллигаторов». До конца 2017 года Минобороны должно получить еще 14 машин. Наравне с милевскими Ми-28Н и Ми-35 они будут оставаться основными ударными вертолетами Российской армии в ближайшие десятилетия.
18 самых дорогих мотоциклов
Для каждого байкера его железный конь — это не средство передвижения, а скорее страсть, болезнь и даже философия. В наше время самые дорогие мотоциклы в мире — это еще и роскошь, и предмет самоутверждения.
Содержание
10 место:
MTT Y2K 420RR — $200 000
Мотоцикл, построенный на базе спортбайка Y2K, созданного специально для съёмок в низкобюджетной голливудской киноленте «Torque». В качестве силового агрегата используется вертолётный двигатель Rolls Roys Allison, развивающий 420 л.с. мощности и 678 Нм крутящего момента. Максимальная скорость 420RR превышает 420 кмч.
Самый дорогой мотоцикл в мире – цена, фото и характеристика
Фото самого дорогого мотоцикла Ecosse Spirit ES1
Самым дорогим мотоциклом в мире признан Ecosse Spirit ES1. Его разработкой и изготовлением занималась фирма «Ecosse Moto Works Ink» и немаловажную роль в него внесли конструкторы и инженеры Формулы 1. Они постарались оснастить байк по максимуму.
Благодаря наличию новейших эргономичных приспособлений у них получилось добиться наименьшего сопротивления воздуху. А установленная надежная электронная система отвечает за контроль функционирования других систем. Цена самого дорогого мотоцикла очень высокая.
Цена самого дорогого мотоцикла 3,6 млн долларов
Улучшить всю тормозную систему у них получилось с помощью установки керамического тормоза на первое колесо. Что касается веса мотоцикла, так он на удивление не сильно тяжелый, всего 120 килограмм и оснащен V-образным четырехтактным двигателем, мощность которого составляет 200 лошадиных сил, а крутящийся момент – 189,84 Нм. Такой мощный двигатель в теории дает возможность развиться мотоциклу аж до 400 км/ч. Но еще и свою лепту внес сам корпус. Так как он не стандартный, то ноги автогонщика при езде вообще невидны.
Несмотря на то, что максимальная скорость мотоцикла 400 км/ч, на практике самый дорогой спортивный мотоцикл может разогнаться только до 370 км/ч из-за электроники, устанавливающей такое ограничение.
Самый дорогой мотоцикл в мире – “его цена баснословная”, – отмечают многие мотоциклисты и мотогонщики и равняется она $3 600 000. В первые партия Ecosse Spirit ES1 на моторынке появилась в 2009 году и состояла она из 10 байков. Несмотря на заоблачную цену, этот спортивный агрегат был раскуплен практически сразу. Эта модель представлялась в двух вариантах. Первый предназначался для опытных гонщиков благодаря специальным колесам, а второй был просто спортивным байком.
Не удивительно, что за такую громадную стоимость покупатель получает не просто крутой мотоцикл. Главное преимущество заключает в том, что у нового владельца есть возможность подогнать его дизайн под себя с помощью лучших разработчиков команды «Формула – 1».
8 место:
Ducati Testa Stretta NCR Macchia Nera
— $225 000
Созданный в единственном экземпляре гоночный мотоцикл Macchia Nera может похвастать впечатляющим соотношением мощности к массе — 180 л. с. на 134 кг массы. Для этого пришлось совместить двигатель от спортбайка Ducati 998R и уникальную кастомную выхлопную систему с жестким титановым шасси. Максимальная скорость, которую способен развить этот итальянский жеребец превышает 300 кмч.
4. Dodge Tomahawk
Dodge Tomahawk — мотоцикл наводит мысли о будущем, такой у него невероятный вид. Помимо этого максимально заявленная скорость — 650 км / ч. Конечно это в теории. Разгон до 100 км всего за 2,5 секунды. Объем двигателя 8,2 литра, мощность 500 л. с.
Стоимость — 550 000 долларов.
7 место:
Ecosse Moto Works Founder’s Edition Titanium XX — $300 000
Настоящая американская мощь — в области мотоциклостроения двигатели объёмом 2100 см3 встретишь нечасто. Особенно, оснащенные нагнетателем и интеркуллером V-образники. Тем не менее, Ecosse Moto Works удалось совместить подобный мотор с ультралегкими компонентами, для производство которых используется титан, алюминий и карбон.
6.
Мотоцикл Harley Davidson
Мотоцикл Harley Davidson. Хотя если честно, то от классического Харлея там мало что осталось. Сам агрегат выполнен в стиле космического корабля. Плюс к этому к его оформлению приложил руку (да и голову тоже) знаменитый художник и дизайнер Джек Армстронг. Первоначальная стоимость его творения была 1 000 000 долларов. Но после его заявления, что это первый и последний проект такого рода, цена на байк подскочила сразу в 3 раза до невероятных 3 миллионов долларов.
6 место:
Dodge Tomahawk
— $540 000
Гипербайк Dodge Tomahawk не зря носит имя одного из самых быстрых представителей автомира. В раме мотоцикла расположился двенадцатицилиндровый двигатель от Dodge Viper. По заявлениям компании Dodge, Tomahawk способен преодолеть отметку в 500 кмч. Всего выпущено около 10 мотоциклов.
8. Tron Light Cycle
Компания «Эндрю Коллекш» — уникальное автомобильное представительство в Калифорнии, недавно продала точную копию небольшого мотоцикла известного по фильму «Трон» 1982 года с Джеффом Бриджесом. Если вы были фанатом этой машины, то у вас был шанс увидеть её в мае этого года. В мотоцикл поместили электродвигатель, гидравлические тормоза и бортовой компьютер, с помощью которого осуществляется управление байком. Цена: $77,000.
5
место:
Harley-Davidson Cosmic Starship — $1 500 000
Проект, по заявлению его создателя, художника Джека Армстронга, призван подчеркнуть изречение “За деньги вкус не купишь”, был построен совместно с компанией Harley-Davidson на базе слегка модифицированного круизёра Night Rod. Чтобы подчеркнуть яркость и эксклюзивность мотоцикла, Армстронг покрыл его 37 слоями бесцветного лака. Известно, что нынешнему владельцу “Космический Корабль” достался “всего” за десять миллионов долларов.
9. Confederate B120 Wraith
Еще один дорогой байк. Чтобы примерно оценить его стоимость, то можно сравнить данный агрегат с BMW 5 за 45,000$. Двигатель байка удивительно привлекателен: оснащён двумя цилиндрами, выдающими 125 лошадиных сил. Мотоцикл отличает и дизайн: в нем присутствуют элементы алюминия, который применяют при строительстве самолетов. Также байк сочетает ретро-стиль с современностью. Поэтому, если вы больше любите внешний вид, чем скорость, этот мотоцикл определенно для вас. Цена: $92,500.
4 место:
Yamaha BMS — $3 000 000
Отличительной особенностью мотоцикла Yamaha BMS, помимо кастомной рамы, покрытой 24-каратным золотом, вилки, модифицированного двигателя с рабочим обёмом 1700 см3, является его цена составляющая внушительные три миллиона долларов. Именно столько его нынешнему хозяину пришлось выложить за право обладание этим кастомом.
Yamaha Road Star BMS (Золотой чоппер)
500 000 $ Странная форма мотоцикла, длиной в два с половиной метра, и отделка под золото делает этот мотоцикл одним из самых зрелищных байков современности. Но, когда на большинстве мотоциклов имитируется покрытие золотом, здесь все по-настоящему. Вместо привычной кожи, седла обшиты красным бархатом. Этот шедевр искусства сделан на основе стандартной модели Road Star Warrior и впервые, был показан в Сиэтле. Самое неприятное, что по городским дорогам ехать на нем нельзя.
3
место:
Hildebrand & Wolfmuller — $3 500 000
Hildebrand & Wolfmuller не блещет выдающимися техническими характеристиками или впечатляющим дизайном. Его ценность в том, что он считается первым серийным мотоциклом в мире. Согласно документам, мотоцикл производился в период с 1894 по 1897 годов. До наших дней сохранилось порядка 10 экземпляров, большинство из которых находится в музеях.
14. Icon Sheene
Этот байк можно назвать чемпионом Британии среди своих конкурентов. Как и другие представители премиум-класса, мотоцикл был выпущен ограниченным количеством, получил 52 копии. Дизайнеры вручную расписывали его, чтобы каждая модель отличалась оригинальностью. Двигатель удивит своей мощностью (250 л.с.). Первый байк стоил 172,000$ и был назван самым мощным мотоциклом в мире. Цена: $172,000.
4. The Yamaha BMS – $3 миллионов
Удивительный позолоченный мотоцикл в стиле чоппер, построенный парнями из Choppers BMS. Такой роскошный продукт механики уже получил несколько наград за свой потрясающий дизайн. На его покрытие ушло 24-карата золота. Сиденье было обтянуто красным бархатом. Это придает ему одновременно и стильность, и комфорт. Мотоцикл сконструировали еще в 2006 году, и с тех пор он гастролировал по многим городам США.
1. 1949 E90 AJS Porcupine – $7 миллионов
Всего 4 гоночных мотоцикла «Porcupine» (Дикобраз – прозван из-за шипов на ребрах охлаждения) было выпущено британскими мастерами из AJS. Представленный на аукционе «Бонхемс» мотоцикл «Porcupine» позволил AJS и гонщику Лесли Грэму выиграть пальму первенства на послевоенных британских гонках и завоевать гран-при чемпионата мира Moto GP в 1949 году. Двигатель у AJS 1949 года объемом 500 куб. см. выдает мощность 55 л.с. при 7600 об/мин.
Источник:
Ссылки по теме:
Понравился пост? Поддержи Фишки, нажми:
Как работает турбина двигателя самолета — mad wheels
Как работает авиационный двигатель — простым языком.
То что вы видите под крылом — это не турбина, а именно авиационный двигатель, а турбина — это его составная часть.
Авиационный турбовентиляторный реактивный двигатель необходим для создания тяги, которая преодолеет сопротивление воздуха, сопротивление самолета и его частей, разгонит самолет до скорости, на которой вырастет подъемная сила, способная оторвать самолет от земли и унести его с полной загрузкой в небо.
Передняя часть двигателя называется воздухозаборник. Воздух, попадая в него, начинает частично сжиматься. Далее воздух попадает на ступени вентилятора и ряд лопаток, где его давление и температура от сжимания начинает расти.
Воздух дальше идет по двум контурам. Внешний контур сжимает воздух благодаря своей форме. Воздух, который пошел во внутренний контур все больше сжимается, проходя каждый ряд статичных и крутящихся лопаток, сделанных из титана.
В компрессоре высокого давления он сжимается и его температура растет. И вот воздух попадает в камеру сгорания, где он смешивается с топливом. В результате этого резко растет тепловая энергия.⠀
Разогретые до огромной температуры газы выходят с бешеной скоростью из камеры сгорания и расширяются. Попадая на колесо турбины, они приводят ее в вращение.Турбина сидит на одном валу с компрессором. Компрессор начинает вращаться и получается замкнутая цепь. Воздух вновь засасывается компрессором и процесс продолжается.
Далее происходит следующее: разогретые до огромной температуры газы выходят с бешеной скоростью из камеры сгорания и расширяются. Попадая на колесо турбины, они приводят ее во вращение.
Турбина сидит на одном валу с компрессором. Компрессор начинает вращаться. Получается замкнутая цепь: воздух вновь засасывается компрессором, и процесс повторяется.
Выходящие газы попадают в сопло и на выходе из него смешиваясь с воздухом с внешнего контура создают реактивную струю, которая и толкает самолет сквозь воздушную среду.
ТРД стал самым распространённым в авиации воздушно-реактивным двигателем. Он является базой для создания целого семейства двигателей, объединяемых под общим названием газотурбинных двигателей. ТРД используют в качестве горючего керосин, находящийся в топливных баках, а в качестве окислителя – кислород воздуха.
Поток воздуха, попадающего в двигатель, тормозится во входном устройстве (1), в результате чего давление воздуха перед осевым компрессором (2) повышается. Ротор (вращающаяся часть) объединяет ряд рабочих колёс компрессора (3), представляющих собой диски с закреплёнными на них рабочими лопатками.
Сжатый воздух из компрессора попадает в камеру сгорания (7). Примерно 25–35% от общего потока воздуха направляется непосредственно в жаровые трубы, где происходит основной процесс сгорания керосина, поступающего в распылённом состоянии через форсунки (5).
Другая часть воздуха обтекает наружные поверхности жаровых труб, и на выходе из камеры сгорания смешивается с продуктами сгорания для их охлаждения, что позволяет поддерживать температуру газовоздушной смеси в камере сгорания на уровне, определяемом допустимой теплопрочностью стенок камеры сгорания, лопаток ротора (8) и лопаток спрямляющего аппарата турбины (9).
Часть механической мощности отбирается от вала (6) для привода агрегатов двигателя и привода электрогенераторов, обеспечивающих энергией различные бортовые системы. Основная часть энергии продуктов сгорания идёт на ускорение газового потока в выходном устройстве ТРД – реактивное сопло (10), т. е. на создание реактивной тяги.
Стартовая закрутка вала (5) осуществляется стартером, приводимым при запуске двигателя от наземного или бортового электроагрегата, при дальнейшей работе двигателя вращение вала поддерживается вращением ротора турбины.
Турбонаддув – это система, позволяющая увеличить максимальную мощность двигателя, используя для этого энергию выхлопных газов.
Первые турбины хотя и давали весьма ощутимую прибавку в мощности, но из-за своей громоздкости во много раз увеличивали и без того немаленький вес двигателей автомобилей тех лет.
Конструкторы со временем усовершенствовали технологию, сделав элементы системы более легковесными, одновременно повысив ее производительность. Но одним из существенных недостатков оставался повышенный расход топлива.
Конструкторам удалось решить одну из главных проблем турбодвигателя – расход топлива, ведь, как известно, дизельный агрегат менее «прожорливый», чем бензиновый.
Еще один несомненный плюс дизельного топлива – его отработанные газы имеют температуру ниже, чем бензиновые, стало быть, основные агрегаты системы турбонаддува можно было производить из менее тяжеловесных и жаростойких материалов.
Реактивное движение – это такой процесс, при котором от определенного тела с некоторой скоростью отделяется одна из его частей. Сила, которая возникает при этом, работает сама по себе, без малейшего контакта с внешними телами. Реактивное движение стало толчком к созданию реактивного двигателя.
Представим выстрел из любого огнестрельного оружия. Струя раскаленного газа, который образовался в процессе сгорания заряда в патроне, отталкивает оружие назад. Чем мощнее заряд, тем сильнее будет отдача.
В качестве горючего для реактивных двигателей вначале применяли дымный порох. Реактивные двигатели требовали топлива с основой из нитроцеллюлозы, которая растворялась в нитроглицерине. В больших агрегатах сегодня используют специальную смесь полимерного горючего с перхлоратом аммония в качестве окислителя.
В качестве топлива в реактивных двигателях используется жидкий кислород либо азотная кислота. В качестве горючего применяют керосин.
Компоненты поступают в камеру сгорания из двух отдельных баков. После смешивания они превращаются в массу, которая при сгорании выделяет огромное количество тепла и десятки тысяч атмосфер давления. Окислитель подается в камеру сгорания.
Топливная смесь по мере прохождения между сдвоенными стенками камеры и сопла охлаждает эти элементы. Далее горючее попадет через огромное количество форсунок в зону воспламенения. Струя вырывается наружу. За счет этого и обеспечивается толкающий момент.
Несмотря на то что жидкостные двигатели потребляют очень много горючего, их до сих пор используют в качестве маршевых агрегатов для ракеты-носителей и маневровых для орбитальных станций.
Устроен РД следующим образом:
— камера для сгорания;
— выхлопная система.
Компрессор представляет собой несколько турбин. Их задача – всасывать и сжимать воздух по мере того, как он проходит через лопасти. В процессе сжатия повышается температура и давление воздуха.
Смесь выходит из камеры сгорания на высокой скорости, а затем расширяется. Далее она следует через турбину, лопасти которой вращаются за счет воздействия газов. Эта турбина, соединяясь с компрессором, находящимся в передней части агрегата, и приводит его в движение. Воздух, нагретый до высоких температур, выходит через выпускную систему.
Эти агрегаты имеют массу преимуществ перед турбореактивными (меньший расход топлива при той же мощности).
Воздух, захватываемый турбиной, частично сжимается и подается в первый контур на компрессор и на второй – к неподвижным лопастям. Турбина при этом работает в качестве компрессора низкого давления.
В первом контуре двигателя воздух сжимается и подогревается, а затем подается в камеру сгорания. Здесь происходит смесь с топливом и воспламенение. Образуются газы, которые подаются на турбину высокого давления, за счет чего и вращаются лопасти турбины.
Затем газы проходят через турбину низкого давления. Она приводит в действие вентилятор, и газы попадают наружу, создавая тягу.
Конструкция и принцип работы были взяты из механизма турбореактивного мотора, а от поршневого — воздушные винты. Таким образом, стало возможным совмещение небольших габаритов, экономичности и высокого коэффициента полезного действия.
Однако для сверхзвуковой скорости они годными не были. Поэтому с появлением таких мощностей в военной авиации от них отказались. Зато гражданские самолеты в основном снабжаются именно ими.
Схема турбовинтового двигателя выглядит следующим образом: после нагнетания и сжатия компрессором воздух попадает в камеру сгорания. Туда же впрыскивается топливо. Полученная смесь воспламеняется и создает газы, которые при расширении поступают в турбину и вращают ее. Нерастраченная энергия выходит через сопло, создавая реактивную тягу.
Турбина способна развить скорость до 20 тысяч оборотов в минуту, но винт не сможет ей соответствовать, поэтому здесь имеется понижающий редуктор. Редукторы могут быть разными, но главная их задача — снижать скорость и повышать момент.
Для повышения тяги иногда двумя винтами снабжается турбовинтовой двигатель. Принцип работы при этом у них реализуется за счет вращения в противоположные стороны, но при помощи одного редуктора.
Преимуществами турбовинтового двигателя являются:
Принцип работы турбокомпрессора сводится к следующему:
Турбокомпрессор используется ввиду простоты конструкции и хороших эксплуатационных параметров. Турбонаддув позволяет увеличить мощность двигателя.
Двигатель с турбокомпрессором имеет меньший выброс вредных газов в атмосферу, так как вырабатываются дополнительные выхлопные газы в двигатель. У сгораемого топлива становится меньше отходов.
Использование двух турбокомпрессоров и других турбо деталей
На некоторые двигатели устанавливается два турбокомпрессора разного размера. Малый турбокомпрессор быстрее набирает обороты, снижая тем самым задержку ускорения, а большой обеспечивает больший наддув при высокой скорости вращения двигателя.
Охладитель воздуха или охладитель наддувочного воздуха является дополнительным устройством, которое выглядит как радиатор, только воздух проходит как внутри, так и снаружи охладителя.
Охладитель увеличивает мощность двигателя, охлаждая сжатый воздух от компрессора перед его подачей в двигатель.
Турбокомпрессоры также обладают преимуществом на большой высоте, где плотность воздуха ниже. Обычные двигатели будут работать слабее на большой высоте над уровнем моря, т.к. на каждый ход поршня подаваемая масса воздуха будет меньше. Мощность двигателя с турбокомпрессором также снизится, но менее заметно, т.к. разреженный воздух легче сжимать.
Газовой турбиной принято называть своеобразный тепловой двигатель, его рабочим частям предопределено только одно задание – вращаться вследствие воздействия струи газа.
Интересно, что механизмы турбин начали разрабатываться инженерами уже очень давно. Первая примитивная паровая турбина была создана ещё в I веке до н. э.
Активно разрабатываться турбины начали в конце XIX века одновременно с развитием термодинамики, машиностроения и металлургии.
Технические характеристики газовой турбины
Главная часть турбины представлена колесом, на которое прикреплены наборы лопаток. Газ, воздействуя на лопатки газовой турбины, заставляет их двигаться и вращать колесо. Колесо жёстко скреплено с валом.
Это ротор турбины. Вследствие этого движения достигается получение механической энергии, которая передаётся на электрогенератор, на гребной винт корабля, на воздушный винт самолёта и другие рабочие механизмы аналогичного принципа действия.
Активная турбина характеризуется тем, что здесь отмечается большая скорость поступления газа на рабочие лопатки. При помощи изогнутой лопатки струя газа отклоняется от своей траектории движения. В результате отклонения развивается большая центробежная сила.
В реактивной турбине поступление газа к рабочим лопаткам осуществляется на незначительной скорости и под воздействием большого уровня давления. Форма лопаток так же отлична, благодаря чему скорость газа значительно увеличивается.
Схема и принцип действия газотурбинного двигателя
Газотурбинным двигателем (ГТД) называют тепловую машину, в которой энергия топлива преобразуется в кинетическую энергию струи и в механическую работу на валу. Основными элементами ГТД являются компрессор, камера сгорания и газовая турбина.
Принцип действия ГТД следующий.
1. Воздух из атмосферы поступает в компрессор (сечение «В-В»), где происходит сжатие воздуха (плотность, давление и температура возрастают). Если компрессор идеальный, то сжатие воздуха осуществляется в адиабатном процессе ( ), показатель адиабаты к=1.4.
Отношение давления воздуха на выходе из компрессора к давлению на входе называется степенью повышения давления в компрессоре: .
2. Из компрессора (сечение «К-К») воздух поступает в камеру сгорания, где при постоянном давлении происходит подвод тепла к потоку воздуха при горении топлива. В результате подогрева в камере сгорания газ на её выходе имеет высокую температуру. Отношение температуры газа на выходе из камеры сгорания к температуре атмосферного воздуха называется степенью подогрева воздуха в двигателе: .
3. Из камеры сгорания газ поступает в турбину (сечение «Г-Г»), где происходит расширение газа (плотность газа уменьшается). Если турбина идеальная, то процесс расширения принимается адиабатным. Показатель адиабаты газа равен 1.33.
4. Из турбины (сечение «Т-Т») газ направляется в выходной канал двигателя. Таким образом, ГТД представляет собой открытую термодинамическую систему, в которой реализуется цикл Брайтона.
Принцип действия и устройство турбин. Активные и реактивные принципы работы турбин
Турбина является тепловым ротационным двигателем, в котором потенциальная тепловая энергия пара (или газа) превращается в кинетическую, а последняя в свою очередь преобразуется в механическую работу вращения вала.
Пар с давлением более высоким, чем за турбиной, поступает в одно или несколько неподвижных каналов 5. В сопловых каналах пар расширяется, давление его падает, а скорость возрастает.
Из сопл пар поступает в рабочие каналы, образованные рабочими лопатками 3, закрепленными на диске 2. Двигаясь в рабочих каналах между рабочими лопатками и изменяя свое направление, поток пара оказывает силовое воздействие на рабочие лопатки. В результате чего они вращаются вместе с диском и валом 1, установленным в опорных подшипниках 4.
Комплект, состоящий из сопл и рабочих лопаток, в которых совершается процесс расширения пара, называется ступенью давления турбины. Простейшие турбины, имеющие лишь одну ступень, называются одноступенчатыми, в отличие от более сложных многоступенчатых турбин.
Тремя основными элементами, содержащимися в конструкции турбокомпрессора являются: центробежный компрессор, турбина и центральный корпус. Кинетическая энергия отработанных газов под воздействием турбины преобразуется во вращательное движение компрессора.
Также турбина соединяет турбинное колесо, помещённое в специальный корпус в форме улитки.
Поступая в улитку, отработавшие газы перемещаются по каналу и попадают на лопасти турбинного колеса. Вал, к которому приварено турбинное колесо, передаёт на колесо компрессора энергию, которая придаёт его вращению.
Лопасти турбинного колеса становятся проводниками отработавших газов, которые затем покидают турбину через отверстие в центре турбокомпрессора и выходят в выпускную систему.
От формы и размера турбины напрямую зависит производительность турбокомпрессора. Значительный прирост мощности наблюдается в турбинах большего размера, потому что они могут использовать большее давление отработавших газов. Однако в таких турбокомпрессорах, на низких оборотах, значительна вероятность возникновения турбоямы.
Понравилась статья? Расскажите друзьям:
Оцените статью, для нас это очень важно:
Проголосовавших: 2 чел. Средний рейтинг: 5 из 5.
Впервые самолет с турбореактивным двигателем (ТРД) поднялся в воздух в 1939 году. С тех пор устройство двигателей самолетов совершенствовалось, появились различные виды, но принцип работы у всех них примерно одинаковый. Чтобы понять, почему воздушное судно, имеющий столь большую массу, так легко поднимается в воздух, следует узнать, как работает двигатель самолета. ТРД приводит в движение воздушное судно за счет реактивной тяги. В свою очередь, реактивная тяга является силой отдачи струи газа, которая вылетает из сопла. То есть получается, что турбореактивная установка толкает самолет и всех находящихся в салоне людей с помощью газовой струи. Реактивная струя, вылетая из сопла, отталкивается от воздуха и таким образом, приводит в движение воздушное судно.
Устройство турбовентиляторного двигателя
Устройство двигателя самолета достаточно сложное. Рабочая температура в таких установках достигает 1000 и более градусов. Соответственно, все детали, из которых двигатель состоит, изготавливаются из устойчивых к воздействию высоких температур и возгоранию материалов. Из-за сложности устройства существует целая область науки о ТРД.
ТРД состоит из нескольких основных элементов:
Перед турбиной установлен вентилятор. С его помощью воздух затягивается в установку извне. В таких установках используются вентиляторы с большим количеством лопастей определенной формы. Размер и форма лопастей обеспечивают максимально эффективную и быструю подачу воздуха в турбину. Изготавливаются они из титана. Помимо основной функции (затягивания воздуха), вентилятор решает еще одну важную задачу: с его помощью осуществляется прокачка воздуха между элементами ТРД и его оболочкой. За счет такой прокачки обеспечивается охлаждение системы и предотвращается разрушение камеры сгорания.
Возле вентилятора расположен компрессор высокой мощности. С его помощью воздух поступает в камеру сгорания под высоким давлением. В камере происходит смешивание воздуха с топливом. Образующаяся смесь поджигается. После возгорания происходит нагрев смеси и всех расположенных рядом элементов установки. Камера сгорания чаще всего изготавливается из керамики. Это объясняется тем, что температура внутри камеры достигает 2000 градусов и более. А керамика характеризуется устойчивостью к воздействию высоких температур. После возгорания смесь поступает в турбину.
Вид самолетного двигателя снаружи
Турбина представляет собой устройство, состоящее из большого количества лопаток. На лопатки оказывает давление поток смеси, приводя тем самым турбину в движение. Турбина вследствие такого вращения заставляет вращаться вал, на котором установлен вентилятор. Получается замкнутая система, которая для функционирования двигателя требует только подачи воздуха и наличия топлива.
Далее смесь поступает в сопло. Это завершающий этап 1 цикла работы двигателя. Здесь формируется реактивная струя. Таков принцип работы двигателя самолета. Вентилятор нагнетает холодный воздух в сопло, предотвращая его разрушение от чрезмерно горячей смеси. Поток холодного воздуха не дает манжете сопла расплавиться.
В двигателях воздушных судов могут быть установлены различные сопла. Наиболее совершенными считаются подвижные. Подвижное сопло способно расширяться и сжиматься, а также регулировать угол, задавая правильное направление реактивной струе. Самолеты с такими двигателями характеризуются отличной маневренностью.
Двигатели для самолетов бывают различных типов:
Классические установки работают по принципу, описанному выше. Такие двигатели устанавливают на воздушных судах различной модификации. Турбовинтовые функционируют несколько иначе. В них газовая турбина не имеет механической связи с трансмиссией. Эти установки приводят самолет в движение с помощью реактивной тяги лишь частично. Основную часть энергии горячей смеси данный вид установки использует для привода воздушного винта через редуктор. В такой установке вместо одной присутствует 2 турбины. Одна из них приводит компрессор, а вторая – винт. В отличие от классических турбореактивных, винтовые установки более экономичны. Но они не позволяют самолетам развивать высокие скорости. Их устанавливают на малоскоростных воздушных судах. ТРД позволяют развивать гораздо большую скорость во время полета.
Турбовентиляторные двигатели представляют собой комбинированные установки, сочетающие элементы турбореактивных и турбовинтовых двигателей. Они отличаются от классических большим размером лопастей вентилятора. И вентилятор, и винт функционируют на дозвуковых скоростях. Скорость перемещения воздуха понижается за счет наличия специального обтекателя, в который помещен вентилятор. Такие двигатели более экономично расходуют топливо, чем классические. Кроме того, они характеризуются более высоким КПД. Чаще всего их устанавливают на лайнерах и самолетах большой вместительности.
Размер двигателя самолета относительно человеческого роста
Прямоточные воздушно-реактивные установки не предполагают использование подвижных элементов. Воздух втягивается естественным путем благодаря обтекателю, установленному на входном отверстии. После поступления воздуха двигатель работает аналогично классическому.
Некоторые самолеты летают на турбовинтовых двигателях, устройство которых гораздо проще, чем устройство ТРД. Поэтому у многих возникает вопрос: зачем использовать более сложные установки, если можно ограничиться винтовой? Ответ прост: ТРД превосходят винтовые двигатели по мощности. Они мощнее в десятки раз. Соответственно, ТРД выдает гораздо большую тягу. Благодаря этому обеспечивается возможность поднимать в воздух большие самолеты и осуществлять перелеты на высокой скорости.
Центробежная ступень компрессора ТВаД.
Сегодня продолжаем серию рассказов о типах авиационных двигателей.
Как известно, основной узел любого газотурбинного двигателя ( ГТД) – это турбокомпрессор. В нем компрессор работает в связке с турбиной, которая его вращает. Функции турбины этим могут и ограничиться. Тогда вся оставшаяся полезная энергия газового потока, проходящего через двигатель, срабатывается в выходном устройстве (реактивном сопле). Как говорил мой преподаватель «спускается на ветер» :-). Тем самым создается реактивная тяга и ГТД становится обычным турбореактивным двигателем (ТРД).
Но можно сделать и по-другому. Турбину ведь можно заставить кроме компрессора вращать и другие нужные агрегаты, используя ту самую оставшуюся полезную энергию. Это может быть, например, самолетный воздушный винт . В этом случае ГТД становится уже турбовинтовым двигателем , в котором 10-15% энергии все же расходуется «на воздух» :-), то есть создает реактивную тягу.
Принцип работы турбовального двигателя.
Но если вся полезная энергия в двигателе срабатывается на валу и через него передается для привода агрегатов, то мы уже имеем так называемый турбовальный двигатель (ТваД).
Такой двигатель чаще всего имеет свободную турбину. То есть вся турбина как бы поделена на две части, между собой механически несвязанные. Связь между ними только газодинамическая. Газовый поток, вращая первую турбину, отдает часть своей мощности для вращения компрессора и далее, вращая вторую, тем самым через вал этой (второй) турбины приводит в действие полезные агрегаты. Сопла на таком двигателе нет. То есть выходное устройство для отработанных газов конечно имеется, но соплом оно не является и тяги не создает. Просто труба… Зачастую еще и искривленная :-).
Компоновка двигателя Arriel 1E2.
Турбовальный двигатель ARRIEL 1E2.
Eurocopter BK 117 c 2-мя турбовальными двигателями Arriel 1E2.
Выходной вал ТваД, с которого снимается вся полезная мощность, может быть направлен как назад, через канал выходного устройства, так и вперед, либо через полый вал турбокомпрессора, либо через редуктор вне корпуса двигателя.
Компоновка двигателя Arrius 2B2.
Турбовальный двигатель ARRIUS 2B2.
Eurocopter EC 135 с 2-мя турбовальными двигателями Arrius 2B2.
Надо сказать, что редуктор – непременная принадлежность турбовального двигателя. Ведь скорость вращения как ротора турбокомпрессора, так и ротора свободной турбины велика настолько, что это вращение не может быть напрямую передано на приводимые агрегаты. Они просто не смогут выполнять свои функции и даже могут разрушиться. Поэтому между свободной турбиной и полезным агрегатом обязательно ставится редуктор для снижения частоты вращения приводного вала.
Компоновка двигателя Makila 1A1.
Турбовальный двигатель MAKILA 1A1
Eurocopter AS 332 Super Puma с 2-мя турбовальными двигателями Makila 1A1
Компрессор у ТваД может быть осевым (если двигатель мощный) либо центробежным . Часто компрессор бывает и смешанным по конструкции, то есть в нем есть как осевые, так и центробежные ступени. В остальном принцип работы этого двигателя такой же, как и у ТРД. Примером разнообразия конструкций ТваД могут служить двигатели известной французской двигателестроительной фирмы TURBOMEKA. Здесь я представляю ряд иллюстраций на эту тему (их сегодня вообще много как-то получилось :-)… Ну много — не мало… :-)).
Компоновка двигателя Arrius 2K1
Турбовальный двигатель ARRIUS 2K1.
Вертолет Agusta A-109S с 2-мя турбовальными двигателями Arrius 2K1.
Основное свое применение турбовальный двигатель находит сегодня конечно же в авиации, по большей части на вертолетах . Его часто и называют вертолетный ГТД. Полезная нагрузка в этом случае – несущий винт вертолета. Известным примером ( кроме французов :-))могут служить широко распространенные до сих пор отличные классические вертолеты МИ-8 и МИ-24 с двигателями ТВ2-117 и ТВ3-117.
Вертолет МИ-8Т с 2-мя турбовальными двигателями ТВ2-117.
Турбовальный двигатель ТВ2-117.
Вертолет МИ-24 с 2-мя турбовальными двигателями ТВ3-117.
Турбовальный двигатель ТВ3-117 для вертолета МИ-24.
Кроме того ТваД может применяться в качестве вспомогательной силовой установки (ВСУ, о ней подробнее в следующей статье :-)), а также в виде специальных устройств для запуска двигателей. Такие устройства представляют собой миниатюрный турбовальный двигатель, свободная турбина которого раскручивает ротор основного двигателя при его запуске. Называется такое устройство турбостартер. В качестве примера могу привести турбостартер ТС-21, используемый на двигателе АЛ-21Ф-3, который устанавливается на самолеты СУ-24, в частности на мой родной СУ-24МР :-)…
Двигатель АЛ-21Ф-3 с турбостартером ТС-21.
Турбостартер ТС-21, снятый с двигателя.
Фронтовой бомбардировщик СУ-24М с 2-мя двигателями АЛ-21Ф-3.
Однако, говоря о турбовальных двигателях, нельзя не сказать о совсем неавиационном направлении их использования. Дело в том, что ведь изначально газотурбинный двигатель не был монополией авиации. Главный его рабочий орган, газовая турбина, создавался задолго до появления самолетов. И предназначался ГТД для целей более прозаических, нежели полеты в воздушной стихии :-). Эта самая воздушная стихия его все же завоевала. Однако неавиационное приземленное предназначение существует и серьезности своей не потеряло, скорее наоборот.
На земле, так же как и в воздухе ГТД (турбовальный двигатель) применяется на транспорте.
Первое – это перекачка природного газа по крупным магистралям через газоперекачивающие станции. ГТД используются здесь в качестве мощных насосов.
Второе – это водный транспорт. Суда, использующие турбовальные газотурбинные двигатели называют газотурбоходы. Это чаще всего суда на подводных крыльях, у которых гребной винт приводит в движение турбовальный двигатель механически через редуктор или электрически через генератор, который он вращает. Либо это суда на воздушной подушке, которая создается при помощи ГТД.
Газотурбоход «Циклон-М» с 2-мя газотурбинными двигателями ДО37.
Пасажирских газотурбоходов за российскую историю было всего два. Последнее очень перспективное судно «Циклон-М» появилось в очень неудобное для себя время в 1986 году. Успешно пройдя все испытания, оно «благополучно» перестало существовать для России. Перестройка… Более таких судов не строили. Зато у военных в этом плане дела обстоят несколько лучше. Чего стоит один только десантный корабль «Зубр», самое большое в мире судно на воздушной подушке.
Десантный корабль на воздушной подушке «Зубр» с газотурбинными двигателями.
Третье – это железнодорожный транспорт. Локомотивы на которых стоят турбовальные газотурбинные двигатели, называют газотурбовозы. На них используется так называемая электрическая передача. ГТД вращает электрогенератор, а вырабатываемый им ток, в свою очередь, вращает электродвигатели, приводящие локомотив в движение. В 60-е годы прошлого века в СССР проходили довольно успешную опытную эксплуатацию три газотурбовоза. Два пассажирских и один грузовой. Однако они не выдержали соревновавния с электровозами и в начале 70-х проект был свернут. Но в 2007 году по инициативе ОАО «РЖД» был изготовлен опытный образец газотурбовоза с ГТД, работающем на сжиженном природном газе (опять криогенное топливо :-)). Газотурбовоз успешно прошел испытания, планируется его дальнейшая эксплуатация.
И наконец четвертое, самое, наверное, экзотическое… Танки. Грозные боевые машины. На сегодняшний момент достаточно широко известны два типа ныне использующихся боевых танков с газотурбинными двигателями. Это американский М1 Abrams и российский Т-80.
Танк M1A1 Abrams с газотурбинным двигателем AGT-1500.
Во всех вышеописанных случаях применения ГТД (суть турбовальный двигатель), он обычно заменяет дизельный двигатель. Это происходит потому, что (как я уже описывал здесь) при одинаковых размерах турбовальный двигатель значительно превосходит дизельный по мощности, имеет гораздо меньший вес и шумность.
Танк Т-80 с газотурбинным двигателем ГТД-1000Т.
Однако у него есть и крупный недостаток.Он обладает сравнительно низким коэффициентом полезного действия, что обуславливает большой расход топлива. Это естественно снижает запас хода любого транспортного средства (и танка в том числе :-)). Кроме того он чувствителен к грязи и посторонним предметам, всасываемым вместе с воздухом. Они могут повредить лопатки компрессора. Поэтому приходится создавать достаточно объемные системы очистки при использовании такого двигателя.
Эти недостатки достаточно серьезны. Именно поэтому турбовальный двигатель получил гораздо большее распространение в авиации, чем в наземном транспорте. Там этот трудяга-движок, ничего не пуская «на ветер» :-), заставляет подниматься в воздух вертолеты . И они в родной для них стихии из несуразных, на первый взгляд, машин превращаются в изумительные по красоте и возможностям творения рук человеческих… Все-таки авиация – это здорово :-)…
P.S. Вы только посмотрите, что они вытворяют!
Все фотографии и схемы кликабельны.
Сегодня среднестатистический обыватель знаком с устройством и принципом работы мотора внутреннего сгорания, а вот газотурбинный двигатель, приводит пользователя в тупик. Тем не менее принцип действия турбинного агрегата намного проще поршневого мотора. Из-за особенностей эксплуатации, первый нашёл применение в авиации, второй установлен на 90% штатных автомобилей.
По классификации, силовая установка относится к тепловым устройствам, поскольку трансформирует выделившийся напор от горения в работу механики. В противовес агрегату с поршнями, проходящее преобразование течёт в непрерывной газовой струе, а это влияет на конструкцию и эксплуатацию. Попытки установить газотурбинный мотор на машины предпринимаются постоянно, однако массового развития идея не получила.
Газотурбинный двигатель:
Как уже говорилось раньше, предпринимались попытки использовать газотурбинный двигатель для автомобиля, однако дальше испытаний дело не пошло. Единственная отрасль, в которой агрегат нашёл применение – авиация.
Если сравнивать газотурбинный мотор с иными силовыми установками, то у первого изделия значение вырабатываемой мощи по отношению к массе больше. Так же плюс в используемом топливе, доведённый до мелкодисперсного состояния, ассортимент воображает, главный вид – керосин и дизель. Но возможно применение: бензина, газа, спирта, мазута, угольной пыли и т.п.
Агрегат с поршнями и газотурбинная установка, это моторы, работающие на основе тепла, преобразующие энергию, выделившуюся при горении в работу механики. Разница между устройствами заключается в течение процесса. В обоих моторах происходит забор и воздушное сдавливание, после чего подаётся порция горючего, затем субстанция горит, увеличивается и сбрасывается атмосферную среду.
В поршневых установках описанные действия происходят в одной точке – камере сгорания, при этом соблюдается очерёдность действий. Для газотурбинного двигателя характерно протекание действий в нескольких частях механизма одновременно.
Что бы понять, как работает газотурбинный двигатель, разделяют этапы протекания процессов, которые в сумме составляют преобразование топлива в работу:
За счёт прохождения атмосферного воздуха через компрессорное колесо, смесь сжимается в объёме, увеличивая напор, до сорока раз. После происходит перетекание воздуха в горящий объём, куда подаётся и топливо. Перемешиваясь с воздушной массой и сгорая, смесь энергетически преобразуется.
Выделившуюся силу переформатируют в работу механики. Для этого используют специальные лопатки, которые вращаются в газовой струе, выходящей с напором.
Распределяя полученную работу, задействуют её кусок в сдавливании очередной воздушной порции, оставшаяся мощь отводится для привода механизма.
Таким образом, видно, что действие газотурбинного устройства сопровождается оборачиванием и это единственное перемещение в установке. Тогда как для других видов силовых агрегатов действию сопутствует перемещение вытеснителя. Учитывая, что габариты и масса газотурбинного агрегата меньше поршневого собрата, а полезный коэффициент и мощь выше, превосходство первого очевидно. Однако увеличенный аппетит и сложность эксплуатации нивелируют преимущества. С целью экономии горючего, установки применяют устройство обмена теплом.
Схема включения в процесс турбины:
Газотурбинный двигатель принцип работы
Смысл двигателестроения, достижение повышенного значения полезного коэффициента. В нашем случае, требуемые результаты, напрямую связаны с горением смеси и при этом обширном выделении тепла. Это не так просто, как кажется, основополагающее препятствие – материал изделия, которому сложно выдержать температуру и напор. По этой причине, проведено много расчётов, направленных на снятие тепла с турбины и применение в ином русле. Усилия не пропали даром, повторное использование энергии стало возможным и нагревало сжатые воздушные массы перед горением, а не терялось зря. Без таких устройств «теплообменников» достичь значений полезного действия было бы не возможно.
Для достижения повышенных показателей мощи, турбинные лопатки раскручивают до как можно больших показателей. Скорость вращения обусловлена напором выходящих газов. Чем меньше размер установки, тем выше частота оборотов, поскольку только так достигается стабильность работы.
Газотурбинный двигатель Т 80:
Если сравнивать газотурбинный двигатель с мотором, который применяют на автомобиле, устройство первого проще. Агрегат включает камеру, где происходит сгорание; присутствуют свечи, поджигающие заряд; форсунка, участвующая в смесеобразовании. На одном валу помещены турбинные колёса и нагнетатель. Присутствуют: редуктор понижения, устройство обмена теплом, трубки, коллектор впуска, сопло и концентратор.
Вращаясь на компрессорном валу, лопатки втягивают воздушную массу, используя коллектор впуска. Достигнув скорости вращения 0,5 км/с, нагнетатель затягивает воздух в концентратор. В конечной точке скоростной режим падает, однако сдавливание массы повышается. Далее воздушная масса перетекает в устройство температурного обмена для набора температуры и перехода в область горения. В пространство параллельно с воздушной массой постоянно поступает горючее, за это отвечают распылители. Перемешиваясь, масса и горючее образуют рабочую консистенцию, которая после приготовления воспламеняется свечой. Горение поднимает напор объёма, газы, вырываясь сквозь концентратор, сталкиваются с турбинными лопатками, двигая колесо. Импульс, создаваемый окружностью, передаётся посредством редуктора на движущий элемент, а газовый остаток перетекает в устройство обмена теплом, подогревая там сдавленные воздушные массы и выбрасываясь в среду окружения.
Газотурбинный мотор «ДР59Л»:
Минус установки, цена материала, способного выдержать температуру. Кроме того, чтобы исключить поломку, поступающий в агрегат воздух требует повышенной степени очистки. Несмотря на это, доработка и усовершенствование агрегата проводятся постоянно. Расширяется сфера применения, сегодня построена автомобильная, авиационная установка, и даже газотурбинный двигатель для кораблей.
Газотурбинный агрегат способен вырабатывать большой момент, а значит повышенные показатели мощности. Для охлаждения сопутствующих элементов нет каких-либо устройств, поскольку соприкасающихся поверхностей мало. В то же время, подшипников используется не много, а качество деталей свидетельствует о надёжности и безотказности агрегата.
Отрицательный аспект, это дороговизна используемых материалов при изготовлении деталей и, как следствие, немалые вложения в починку механизма. Несмотря на недостатки, конструкция постоянно дорабатывается и совершенствуется.
Газотурбинный двигатель используют в авиации, на автомобилях установку применяют как эксперимент. Это произошло по причине постоянной потребности в охлаждении газов, поступающих на лопатки турбины. Это снижает полезное действие агрегата, увеличивая потребление горючего.
Главные преимущества мотора:
Танковая установка «ГТД-1500»:
Конструктивно газотурбинные силовые установки делят на четыре типа
Двигатель этого типа используют в авиационной промышленности, когда важен показатель скорости передвижения (например, военные самолёты). Работа происходит за счет выхода газов из сопла самолёта на повышенной скорости. Газы толкают транспорт и таким образом двигают изделие вперёд.
Конструктивным отличием с предшественником считается дополнительная турбинная секция. Устройство вращает винт, забирая энергию у газов, прошедших компрессорную турбину. Визуально, механизм представлен рядом лопаток, размещают деталь в передней или задней части. Для отвода выхлопа применяют отводящие патрубки. Аппарат предназначен для установки на летательных аппаратах, используемых на малых высотах и скоростях, может оснащаться биротативным воздушным винтом.
Турбовентиляторный двигатель «Д-27»:
Конструктивно, турбина похожа на предыдущую установку, различие во второй турбинной секции. Элемент отнимает энергию газов частично, как следствие, используются отводные выхлопные патрубки. Особенность агрегата, вентилятор активируется турбиной пониженного напора. По этой причине, второе название двигателя – «двухконтурный». Здесь внутренний контур образован воздушным потоком, идущим через агрегат, внешний контур создаёт направление, чтобы повысить эффект толчка вперёд. Последние выпуски летательных аппаратов применяют турбовентиляторные двигатели, поскольку механизмы надёжны и экономичны на больших высотах.
Конструктивно, установка похожа на предыдущий агрегат. Разница в том, что вал механизма приводит в действие многочисленные возможные элементы. Мотор получил распространение на вертолётах, танках, кораблях. Например, М90ФР, корабельный газотурбинный двигатель, устанавливаемый на фрегатах Российского флота. К таковым относятся: «Адмирал Горшков», «Дерзкий» и др.
Газотурбинный »:
Случается, что газотурбинная силовая установка применяется, как вспомогательное оборудование, например, автономный источник питания на борту. Простые агрегаты сжимают воздушные массы, отбираемые у турбинного компрессора, который запускает главные двигатели. Сложные установки вырабатывают электрическую энергию для нужд бортовой сети.
Впервые самолет с турбореактивным двигателем (ТРД) поднялся в воздух в 1939 году. С тех пор устройство двигателей самолетов совершенствовалось, появились различные виды, но принцип работы у всех них примерно одинаковый. Чтобы понять, почему воздушное судно, имеющий столь большую массу, так легко поднимается в воздух, следует узнать, как работает двигатель самолета. ТРД приводит в движение воздушное судно за счет реактивной тяги. В свою очередь, реактивная тяга является силой отдачи струи газа, которая вылетает из сопла. То есть получается, что турбореактивная установка толкает самолет и всех находящихся в салоне людей с помощью газовой струи. Реактивная струя, вылетая из сопла, отталкивается от воздуха и таким образом, приводит в движение воздушное судно.
Устройство турбовентиляторного двигателя
Устройство двигателя самолета достаточно сложное. Рабочая температура в таких установках достигает 1000 и более градусов. Соответственно, все детали, из которых двигатель состоит, изготавливаются из устойчивых к воздействию высоких температур и возгоранию материалов. Из-за сложности устройства существует целая область науки о ТРД.
ТРД состоит из нескольких основных элементов:
вентилятор;
компрессор;
камера сгорания;
турбина;
сопло.
Перед турбиной установлен вентилятор. С его помощью воздух затягивается в установку извне. В таких установках используются вентиляторы с большим количеством лопастей определенной формы. Размер и форма лопастей обеспечивают максимально эффективную и быструю подачу воздуха в турбину. Изготавливаются они из титана. Помимо основной функции (затягивания воздуха), вентилятор решает еще одну важную задачу: с его помощью осуществляется прокачка воздуха между элементами ТРД и его оболочкой. За счет такой прокачки обеспечивается охлаждение системы и предотвращается разрушение камеры сгорания.
Возле вентилятора расположен компрессор высокой мощности. С его помощью воздух поступает в камеру сгорания под высоким давлением. В камере происходит смешивание воздуха с топливом. Образующаяся смесь поджигается. После возгорания происходит нагрев смеси и всех расположенных рядом элементов установки. Камера сгорания чаще всего изготавливается из керамики. Это объясняется тем, что температура внутри камеры достигает 2000 градусов и более. А керамика характеризуется устойчивостью к воздействию высоких температур. После возгорания смесь поступает в турбину.
Вид самолетного двигателя снаружи
Турбина представляет собой устройство, состоящее из большого количества лопаток. На лопатки оказывает давление поток смеси, приводя тем самым турбину в движение. Турбина вследствие такого вращения заставляет вращаться вал, на котором установлен вентилятор. Получается замкнутая система, которая для функционирования двигателя требует только подачи воздуха и наличия топлива.
Далее смесь поступает в сопло. Это завершающий этап 1 цикла работы двигателя. Здесь формируется реактивная струя. Таков принцип работы двигателя самолета. Вентилятор нагнетает холодный воздух в сопло, предотвращая его разрушение от чрезмерно горячей смеси. Поток холодного воздуха не дает манжете сопла расплавиться.
В двигателях воздушных судов могут быть установлены различные сопла. Наиболее совершенными считаются подвижные. Подвижное сопло способно расширяться и сжиматься, а также регулировать угол, задавая правильное направление реактивной струе. Самолеты с такими двигателями характеризуются отличной маневренностью.
Двигатели для самолетов бывают различных типов:
классические;
турбовинтовые;
турбовентиляторные;
прямоточные.
Классические установки работают по принципу, описанному выше. Такие двигатели устанавливают на воздушных судах различной модификации. Турбовинтовые функционируют несколько иначе. В них газовая турбина не имеет механической связи с трансмиссией. Эти установки приводят самолет в движение с помощью реактивной тяги лишь частично. Основную часть энергии горячей смеси данный вид установки использует для привода воздушного винта через редуктор. В такой установке вместо одной присутствует 2 турбины. Одна из них приводит компрессор, а вторая – винт. В отличие от классических турбореактивных, винтовые установки более экономичны. Но они не позволяют самолетам развивать высокие скорости. Их устанавливают на малоскоростных воздушных судах. ТРД позволяют развивать гораздо большую скорость во время полета.
Турбовентиляторные двигатели представляют собой комбинированные установки, сочетающие элементы турбореактивных и турбовинтовых двигателей. Они отличаются от классических большим размером лопастей вентилятора. И вентилятор, и винт функционируют на дозвуковых скоростях. Скорость перемещения воздуха понижается за счет наличия специального обтекателя, в который помещен вентилятор. Такие двигатели более экономично расходуют топливо, чем классические. Кроме того, они характеризуются более высоким КПД. Чаще всего их устанавливают на лайнерах и самолетах большой вместительности.
Размер двигателя самолета относительно человеческого роста
Прямоточные воздушно-реактивные установки не предполагают использование подвижных элементов. Воздух втягивается естественным путем благодаря обтекателю, установленному на входном отверстии. После поступления воздуха двигатель работает аналогично классическому.
Некоторые самолеты летают на турбовинтовых двигателях, устройство которых гораздо проще, чем устройство ТРД. Поэтому у многих возникает вопрос: зачем использовать более сложные установки, если можно ограничиться винтовой? Ответ прост: ТРД превосходят винтовые двигатели по мощности. Они мощнее в десятки раз. Соответственно, ТРД выдает гораздо большую тягу. Благодаря этому обеспечивается возможность поднимать в воздух большие самолеты и осуществлять перелеты на высокой скорости.
samoleting.ru
Принцип Действия Турбины Самолета. Проектирование изделий. informatik-m.ru
История создания и принцип работы турбореактивного двигателя
Реактивные авиадвигатели во второй половине XX века открыли новые возможности в авиации: полеты на скоростях, превышающих скорость звука, создание самолетов с высокой грузоподъемностью, сделали возможным массовые путешествия на большие расстояния. Турбореактивный двигатель по праву считается одним из самых важных механизмов ушедшего века, несмотря на простой принцип работы, пишет Ростех .
Первый самолет братьев Райт, самостоятельно оторвавшийся от Земли в 1903 году, был оснащен поршневым двигателем внутреннего сгорания. И на протяжении сорока лет этот тип двигателя оставался основным в самолетостроении. Но во время Второй мировой войны стало ясно, что традиционная поршнево-винтовая авиация подошла к своему технологическому пределу – как по мощности, так и по скорости. Одной из альтернатив был воздушно-реактивный двигатель.
Идею применения реактивной тяги для преодоления земного притяжения впервые довел до практической осуществимости Константин Циолковский. Еще в 1903 году, когда братья Райт запускали свой первый самолет «Флайер-1», российский ученый опубликовал свой труд «Исследование мировых пространств реактивными приборами», в котором он разработал основы теории реактивного движения. Опубликованная в «Научном обозрении» статья утвердила за ним репутацию мечтателя и не была воспринята всерьез. Циолковскому потребовались годы трудов и смена политического строя, чтоб доказать свою правоту.
Реактивный самолет Су-11 с двигателями ТР-1, разработки КБ Люльки
Тем не менее, родиной серийного турбореактивного двигателя суждено было стать совсем другой стране – Германии. Создание турбореактивного двигателя в конце 1930-х было своеобразным хобби немецких компаний. В этой области отметились практически все известные ныне бренды: Heinkel, BMW, Daimler-Benz и даже Porsche. Основные лавры достались компании Junkers и ее первому в мире серийному турбореактивному двигателю 109-004, устанавливаемому на первый же в мире турбореактивный самолет Me 262.
Несмотря на невероятно удачный старт в реактивной авиации первого поколения, немецкие решения дальнейшего развития нигде в мире не получили, в том числе и в Советском Союзе.
В СССР разработкой турбореактивных двигателей наиболее удачно занимался легендарный авиаконструктор Архип Люлька. Еще в апреле 1940 года он запатентовал собственную схему двухконтурного турбореактивного двигателя, позже получившую мировое признание. Архип Люлька не нашел поддержки у руководства страны. С началом войны ему вообще предложили переключиться на танковые двигатели. И только когда у немцев появились самолеты с турбореактивными двигателями, Люльке было приказано в срочном порядке возобновить работы по отечественному турбореактивному двигателю ТР-1.
Уже в феврале 1947 года двигатель прошел первые испытания, а 28 мая свой первый полет совершил реактивный самолет Су-11 с первыми отечественными двигателями ТР-1, разработки КБ А.М. Люльки, ныне филиала Уфимского моторостроительного ПО, входящего в Объединенную двигателестроительную корпорацию (ОДК).
Турбореактивный двигатель (ТРД) работает на принципе обычной тепловой машины. Не углубляясь в законы термодинамики, тепловой двигатель можно определить как машину для преобразования энергии в механическую работу. Этой энергией обладает так называемое рабочее тело – используемый внутри машины газ или пар. При сжатии в машине рабочее тело получает энергию, а при последующем его расширении мы имеем полезную механическую работу.
При этом понятно, что работа, затрачиваемая на сжатие газа должна быть всегда меньше работы, которую газ может совершить при расширении. Иначе никакой полезной «продукции» не будет. Поэтому газ перед расширением или во время него нужно еще и нагревать, а перед сжатием – охладить. В итоге за счет предварительного нагрева энергия расширения значительно повысится и появится ее излишек, который можно использовать для получения необходимой нам механической работы. Вот собственно и весь принцип работы турбореактивного двигателя.
Таким образом, любой тепловой двигатель должен иметь устройство для сжатия, нагреватель, устройство для расширения и охлаждения. Все это есть у ТРД, соответственно: компрессор, камера сгорания, турбина, а в роли холодильника выступает атмосфера.
Рабочее тело – воздух, попадает в компрессор и сжимается там. В компрессоре на одной вращающейся оси укреплены металлические диски, по венцам которых размещены так называемые «рабочие лопатки». Они «захватывают» наружный воздух, отбрасывая его внутрь двигателя.
Далее воздух поступает в камеру сгорания, где нагревается и смешивается с продуктами сгорания (керосина). Камера сгорания опоясывает ротор двигателя после компрессора сплошным кольцом, либо в виде отдельных труб, которые называются жаровыми трубами. В жаровые трубы через специальные форсунки и подается авиационный керосин.
Из камеры сгорания нагретое рабочее тело поступает на турбину. Она похожа на компрессор, но работает, так сказать, в противоположном направлении. Ее раскручивает горячий газ по тому же принципу, как воздух детскую игрушку-пропеллер. Ступеней у турбины немного, обычно от одной до трех-четырех. Это самый нагруженный узел в двигателе. Турбореактивный двигатель имеет очень большую частоту вращения – до 30 тысяч оборотов в минуту. Факел из камеры сгорания достигает температуры от 1100 до 1500 градусов Цельсия. Воздух здесь расширяется, приводя турбину в движение и отдавая ей часть своей энергии.
После турбины – реактивное сопло, где рабочее тело ускоряется и истекает со скоростью большей, чем скорость встречного потока, что и создает реактивную тягу.
Поколения турбореактивных двигателей
Несмотря на то, что точной классификации поколений турбореактивных двигателей в принципе не существует, можно в общих чертах описать основные типы на различных этапах развития двигателестроения.
К двигателям первого поколения относят немецкие и английские двигатели времен Второй мировой войны, а также советский ВК-1, который устанавливался на знаменитый истребитель МИГ-15, а также на самолеты ИЛ-28 и ТУ-14.
ТРД второго поколения отличаются уже возможным наличием осевого компрессора, форсажной камеры и регулируемого воздухозаборника. Среди советских примеров двигатель Р-11Ф2С-300 для самолета МиГ-21.
Двигатели третьего поколения характеризуются увеличенной степенью сжатия, что достигалось увеличением ступеней компрессора и турбин, и появлением двухконтурности. Технически это самые сложные двигатели.
Появление новых материалов, которые позволяют значимо поднять рабочие температуры, привело к созданию двигателей четвертого поколения. Среди таких двигателей – отечественный АЛ-31 разработки ОДК для истребителя Су-27.
Сегодня на уфимском предприятии ОДК начинается выпуск авиационных двигателей пятого поколения. Новые агрегаты установят на истребитель Т-50 (ПАК ФА), который приходит на смену Су-27. Новая силовая установка на Т-50 с увеличенной мощностью сделает самолет еще более маневренным, а главное – откроет новую эпоху в отечественном авиастроении.
Реактивный двигатель был изобретен Гансом фон Охайном (Dr. Hans von Ohain). выдающимся немецким инженером-конструкторм и Фрэнком Уиттлом (Sir Frank Whittle). Первый патент на работающий газотурбинный двигатель, был получен в 1930 году Фрэнк Уиттлом. Однако первую рабочую модель собрал именно Охайн.
2 августа 1939 года в небо поднялся первый реактивный самолет — He 178 (Хейнкель 178), снаряженный двигателем HeS 3, разработанный Охайном.
Устройство реактивного двигателя достаточно просто и одновременно крайне сложно. Просто по принципу действия: забортный воздух (в ракетных двигателях — жидкий кислород) засасывается в турбину, там смешивается с топливом и сгорая, в конце турбины образует т.н. “рабочее тело” (реактивная струя), которое и двигает машину.
Так все просто, но на деле — это целая область науки, ибо в таких двигателях рабочая температура достигает тысяч градусов по Цельсию. Одна из самых главных проблем турбореактивного двигателестроения — создание не плавящихся деталей, из плавящихся металлов. Но для того, что бы понять проблемы конструкторов и изобретателей нужно сначала более детально изучить принципиальное устройство двигателя.
основные детали реактивного двигателя
В начале турбины всегда стоит вентилятор. который засасывает воздух из внешней среды в турбины. Вентилятор обладает большой площадью и огромным количеством лопастей специальной формы, сделанных из титана. Основных задач две — первичный забор воздуха и охлаждение всего двигателя в целом, путем прокачивание воздуха между внешней оболочкой двигателя и внутренними деталями. Это охлаждает камеры смешивания и сгорания и не дает им разрушится.
Сразу за вентилятором стоит мощный компрессор. который нагнетает воздух под большим давлением в камеру сгорания.
Камера сгорания выполняет еще и роль карбюратора, смешивая топливо с воздухом. После образования топливо воздушной смеси она поджигается. В процессе возгорания происходит значительный разогрев смеси и окружающих деталей, а также объемное расширение. Фактически реактивный двигатель использует для движения управляемый взрыв.
Камера сгорания реактивного двигателя одна из самых горячих его частей — её необходимо постоянно интенсивное охлаждение. Но и этого недостаточно. Температура в ней достигает 2700 градусов, поэтому её часто делают из керамики.
После камеры сгорания горящая топливо-воздушная смесь направляется непосредственно в турбину.
Турбина состоит из сотен лопаток, на которые давит реактивный поток, приводя турбину во вращение. Турбина в свою очередь вращает вал, на котором “сидят” вентиллятор и компрессор. Таким образом система замыкается и требует лишь подвода топлива и воздуха для своего функционироваия.
После турбины поток направляется в сопло. Сопло реактивного двигателя — последняя, но далеко не по значению часть реактивного двигателя. Оно формирует непосредственно реактивную струю. В сопло направляется холодный воздух, нагнетаемый вентиллятором для охлаждения внутренних деталей двигателя. Этот поток ограничивает манжету сопла от сверхгорячего реактивного потока и ее дает ей расплавится.
Сопла у реактивных двигателей бывают самые разные. Самым передовым считает подвижное сопло, стоящее на двигателях с отклоняемым вектором тяги. Оно может сжиматься и расширятся, а также отклонятся на значительные углы, регулируя и направляя непосредственно реактивный поток. Это делает самолеты с двигателями с отклоняемым вектором тяги очень маневренными, т.к. маневрирование происходит не только благодаря механизмам крыла, но и непосредственно двигателем.
Классический реактивный двигатель — принципиальное устройство которого мы описыали выше. Используется в основном на истребителях в различных модификациях.
Турбовинтовой двигатель. В этом типе двигателя мощность турбины через понижающий редуктор направляется на вращение классического винта. Такие двигатели позволят большим самолетам летать на приемлемых скоростях и тратить меньше горючего. Нормальной крейсерской скоростью турбовинтового самолета считается 600—800 км/ч.
Работает без подвижных деталей. Воздух нагнетается в камеру сгорания естественным способом, за счет торможения потока об обтекатель входного отверстия.
Далее все происходит так же как в обычном реактивном двигателе — воздух смешивается с горючим и выходит в виде реактивной струи из сопла.
Использовался на поездах, самолетах, БЛА, и в боевых ракетах, а также на велосипедах и скутерах.
И напоследок — видео работы реактивного двигателя:
Картинки взяты из различных источников. Русификация картинок — Лаборатори 37.
Принцип работы турбореактивного двигателя самолёта
Совершая полет в самолете в большинстве случаев люди никогда не задумываются о том, как работает его двигатель. Но на самом деле о работе двигателя и реактивной тяги с помощью, которой работает сам двигатель, знали ее в Античное время. Но применить эти знания на практике смогли не так давно, так как раньше не технологии не позволяли никому достичь его исправной работы. Гонка вооружения между Англией и Германией стала толчком к созданию ТРД (турбореактивного двигателя).
В работе ТРД самолета нет никаких сложностей, принцип его работы может понять почти каждый человек. Но данный двигатель имеет несколько нюансов, их соблюдение контролируется под строгим присмотром руководства. Для того чтобы авиалайнер смог держаться в небе, необходима идеальная работа двигателя. Так как от работы двигателя напрямую зависят жизни пассажиров находящихся на борту авиатранспорта.
За работу двигателя отвечает реактивная тяга. Для создания реактивной тяги необходима определенная жидкость, которая подается из задней части двигателя и по ходу ее продвижения увеличивается ее скорость движения вперед. Работу тяги отлично объясняет один из законов Ньютона, звучит он так «Любое действия вызывает равное противодействие».
Вместо жидкости в ТРД используется горючая смесь (газы и воздух со сгоревшими частичками топлива). Благодаря этой смеси самолет толкает вперед и позволяет ему лететь дальше.
Разработки таких двигателей начались в тридцатых годах. Первыми кто начал разрабатывать двигатели такого типа стали немцы и англичане. Но в гонке вооружений одержали победу ученные из Германии, так как они выпустили самый первый в мире самолет с ТРД под названием «Ласточка», данный самолет впервые взлетел в небеса над Люфтваффом. Спустя некоторое время появился и Английский самолет «Глостерский метеор»
Также сверхзвуковые двигатели принято считать турбореактивными, но они отличаются более совершенными модификациями, в отличие от ТРД.
Устройство двигателя имеет четыре главные детали, а именно:
Компрессор.
Камера горения.
Турбина.
Выхлоп.
В компрессоре находиться несколько турбин, с помощью которых происходит засасывание и сжатие воздуха. Во время сжатия воздуха, его давление и температура начинает нагнетаться и расти.
После того как воздух проходит турбину и его сжимает до необходимых размеров. Часть сжатого воздуха поступает в камеру горения, где воздух начинает смешиваться с топливом, после чего его поджигают. Благодаря этому увеличивается тепловая энергия воздуха. После смесь выходит из камеры с большой скорости и расширяется.
После выхода эта смесь снова попадает в турбину, с помощью высокой энергии газа лопасти в турбине начинают свое вращение. Турбина тесно связанна с компрессором, который находиться в начале двигателя. Благодаря этому турбина начинает свою работу. Остатки воздуха выходят в выхлоп. В момент выхода смеси температура достигает рекордных размеров. Но она продолжает повышать свою температуру с помощью эффекта Дросселирования. После того как температура воздуха доходит до своего пика, она начинает идти на спад и выходит из турбины.
В отличие от реактивного двигателя, который пользуется спросом почти у всех самолетов, турбореактивный двигатель больше подходит для пассажирских авиалайнеров. Так как для работы реактивного двигателя необходимо не только топливо, но и окислитель.
Благодаря своему строению окислитель поступает вместе с топливом из бака. А в случаи с ТРД окислитесь, поступает напрямую из атмосферы. А в остальном их работа совершенно идентична и не отличается друг от друга.
У турбореактивного двигателя главной деталью является лопасть турбины, так как от ее исправной работы напрямую зависит мощность двигателя. Благодаря этим лопастям и образуется тяга, которая необходима для поддержания скорости самолета. Если сравнить одну лопасть с автомобильным двигателем, то она сможет обеспечить мощностью целых десять машин.
Лопасти устанавливаются за камерой сгорания, так как там нагнетается самое высокое давления, также температура воздуха в данной части двигателя может доходить до 1400 градусов Цельсия.
В целях улучшения прочности и устойчивости лопасти перед различными факторами их монокристаллизируют, благодаря этому они могут держать высокую температуру и давление. Прежде чем установить такой двигатель на самолет его тестируют на полном тяговом усилителе. Также двигатель должен получить сертификат от Европейского совета по безопасности.
В период холодной войны в мире были попытки создания атомного двигателя, за основу был взят турбореактивный двигатель. Главной задумкой ученых было создание двигателя, основанного не на химической реакции радиоактивных веществ, а на вырабатываемом тепле от ядерного реактора. Он должен был находиться на месте камеры сгорания.
В теории воздух должен был проходить через работающую зону реактора, благодаря этому реактор должен был остужаться, а температура воздуха наоборот возрастать. После чело воздух должен был расширяться и выходить через сопла (выхлоп) на этот момент скорость воздуха должна была превышать скорость полета самолета.
В Советском союзе были попытки проведения испытаний подобного двигателя, также ученные в соединенных штатах Америки, вели разработку данного двигателя, и их работа почти подходила к тестам двигателя на настоящем самолете.
Но по ряду причин разработки этого двигателя было решено закрыть. Так как у двигателя было множество недостатков, а именно:
Пилоты были подвержены постоянному радиоактивному облучению на протяжении всего полета.
Вместе с воздухом через сопла выходили и частички радиоактивного элемента в атмосферу.
В том случае если самолет терпел крушение, был очень большой шанс взрыва радиоактивного реактора, что влекло за собой радиоактивное отравление на довольно большой площади.
vpolete.online
Путешествуя на самолетах, вы задумывались когда-нибудь о том, как работает двигатель реактивного самолета? О реактивной тяге, которая приводит его в действие, знали еще в Античные времена. Применить же ее на практике смогли только в начале прошлого века, в результате гонки вооружений между Англией и Германией.
Принцип работы двигателя реактивного самолета довольно прост, но имеет некоторые нюансы, которые строго соблюдаются при их производстве. Чтобы самолет смог надежно держаться в воздухе, они должны работать идеально. Ведь от этого зависят жизни и безопасность всех, кто находится на борту самолета.
Его приводит в действие реактивная тяга. Для этого нужна какая-то жидкость, выталкиваемая из задней части системы и придающая ей движение вперед. Здесь работает третий закон Ньютона, который гласит: “Любое действие вызывает равное противодействие”.
У реактивного двигателя вместо жидкости применяется воздух. Он создает силу, обеспечивающую движение.
В нем используются горячие газы и смесь воздуха со сгораемым топливом. Эта смесь выходит из него с высокой скоростью и толкает самолет вперед, давая ему лететь.
Если говорить об устройстве двигателя реактивного самолета, то оно представляет из себя соединение четырех самых важных деталей:
компрессора;
камеры горения;
турбины;
выхлопа.
Компрессор состоит из нескольких турбин, которые засасывают воздух и сжимают его по мере прохождения через расположенные под углом лопасти. При сжатии температура и давление воздуха повышаются. Часть сжатого воздуха попадает в камеру горения, где смешивается с топливом и поджигается. Это увеличивает тепловую энергию воздуха.
Реактивный двигатель.
Горячая смесь на высокой скорости выходит из камеры и расширяется. Там она проходит через еще одну турбину с лопастями, которые вращаются, благодаря энергии газа.
Турбина соединена с компрессором в передней части двигателя, и таким образом приводит его в движение. Горячий воздух выходит через выхлоп. К этому моменту температура смеси очень высока. И еще увеличивается, благодаря эффекту Дросселирования. После этого воздух выходит из него.
Разработка самолетов с реактивным двигателем началась в 30х годах прошлого века. Англичане и немцы начали разрабатывать подобные модели. В этой гонке победили немецкие ученые. Поэтому первым самолетом с реактивным двигателем стала “Ласточка” в Люфтваффе. “Глостерский метеор” поднялся в воздух немного позднее. О первых самолетах с такими двигателями подробно рассказано в этой статье.
Двигатель сверхзвукового самолета — тоже реактивный, но уже в совершенно другой модификации.
Реактивные двигатели применяются повсеместно, а турбореактивные устанавливаются больших пассажирских лайнерах. Отличие их в том, что первый несет с собой запас топлива и окислителя, а конструкция обеспечивает их подачу из баков.
Турбореактивный двигатель самолета несет с собой лишь топливо, а окислитель — воздух — нагнетается турбиной из атмосферы. В остальном принцип его работы совпадает с тем же, что и у реактивного.
Одна из самых важных деталей у них — это лопасть турбины. От нее зависит мощность двигателя.
Схема турбореактивного двигателя.
Именно они вырабатывают тяговые усилия, необходимые для ускорения самолета. Каждый из лопастей производит в 10 раз больше энергии, чем самый обычный, автомобильный двигатель. Они устанавливаются позади камеры сгорания, в той части двигателя, где самое высокое давление, а температура доходит до 1400 градусов по Цельсию.
В процессе производства лопастей они проходят через процесс монокристаллизации, что придает им твердости и прочности.
Перед тем, как установить на самолет, каждый двигатель проверяется на полное тяговое усилие. Он должен пройти сертификацию Европейского совета по безопасности и компанией, которая его произвела. Одной из самых крупных фирм по их производству является Роллс-Ройс.
Во время Холодной войны были предприняты попытки создания реактивного двигателя не на химической реакции, а на тепле, который бы вырабатывал ядерный реактор. Его ставили вместо камеры сгорания.
Воздух проходит через активную зону реактора, понижая его температуру и повышая свою. Он расширяется и истекает из сопла со скоростью, большей чем скорость полета.
Комбинированный турбреактивно-атомный двигатель.
В СССР проводились его испытания на базе ТУ-95. В США тоже не отставали от ученых в Советском Союзе.
В 60х годах исследования в обеих сторонах постепенно прекратились. Основными тремя проблемами, которые помешали разработке, стали:
безопасность летчиков во время полета;
выброс радиоактивных частиц в атмосферу;
в случае падения самолета, радиоактивный реактор может взорваться, нанеся непоправимый вред всему живому.
Как производят реактивные двигатели для моделей самолетов?
Их производство для моделей самолетов занимает около 6 часов. Сначала вытачивается базовая пластина из алюминия, к которой крепятся все остальные детали. По размеру она совпадает с хоккейной шайбой.
К ней прикрепляют цилиндр, поэтому получается что-то вроде консервной банки. Это будущий двигатель внутреннего сгорания. Далее устанавливается система подачи топлива. Чтобы его закрепить, в основную пластину вкручиваются шурупы, предварительно опущенные в специальный герметик.
Двигатель для модели самолета.
Каналы стартера крепятся с другой стороны камеры, чтобы перенаправлять выбросы газа в турбинное колесо. В отверстие сбоку от камеры сгорания устанавливается спираль накаливания. Она поджигает топливо внутри двигателя.
Потом ставят турбину и центральную ось цилиндра. На нее ставят колесо компрессора, которое нагнетает воздух в камеру сгорания. Его проверяют с помощью компьютера, прежде чем закрепить пусковую установку.
Готовый двигатель еще раз проверяют на мощность. Его звук немногим отличается от звука двигателя самолета. Он, конечно, меньшей силы, но полностью напоминает его, придавая больше схожести модели.
Похожие публикации
nasamoletah.ru
Турбореактивный двигатель. Элементы конструкции. | АВИАЦИЯ, ПОНЯТНАЯ ВСЕМ.
Турбореактивный двигатель.
В этой статье вернемся к моим любимым двигателям. Я уже ранее говорил о том, что турбореактивный двигатель в современной авиации – основной. И упоминать его в той или иной теме мы еще будем часто. Поэтому пришла пора окончательно определиться с его конструкцией. Конечно же не углубляясь во всевозможные дебри и тонкости :-). Итак авиационный турбореактивный двигатель. Каковы основные части его конструкции, и как они взаимодействуют между собой.
1.Компрессор 2.Камера сгорания 3.Турбина 4. Выходное устройство или реактивное сопло.
Компрессор сжимает воздух до необходимых величин, после чего воздух поступает в камеру сгорания, где подогревается до необходимой температуры за счет сгорания топлива и далее уже получившийся газ поступает на турбину, где отдает часть энергии вращая ее (а она, в свою очередь компрессор), а другая часть при дальнейшем разгоне газа в реактивном сопле превращается в импульс тяги, которая и толкает самолет вперед. Этот процесс достаточно хорошо виден в ролике в статье о двигателе, как тепловой машине.
Турбореактивный двигатель с осевым компрессором.
Компрессоры бывают трех видов. Центробежные, осевые и смешанные. Центробежные обычно представляют собой колесо, на поверхности которого выполнены каналы, закручивающиеся от центра к периферии, так называемая крыльчатка.При ее вращении воздух отбрасывется по каналам центробежной силой от центра к периферии, сжимаясь сильно разгоняется и далее попадая в расширяющиеся каналы (диффузор) тормозится и вся его энергия разгона тоже превращается в давление. Это немного похоже на старый аттракцион, который раньше в парках был, когда люди становятся по краю большого горизонтального круга, опираясь спиной на специальные вертикальные спинки, этот круг вращается, наклоняясь в разные стороны и люди не падают, потому что их держит (прижимает) центробежная сила. В компрессоре принцип тот же.
Этот компрессор достаточно прост и надежен, но для создания достаточной степени сжатия нужен большой диаметр крыльчатки, что не могут себе позволить самолеты, особенно небольших размеров. Турбореактивный двигатель просто не влезет в фюзеляж. Поэтому применяется он мало. Но в свое время он был применен на двигателе ВК-1 (РД-45), который устанавливался на знаменитый истребитель МИГ-15, а также на самолеты ИЛ-28 и ТУ-14.
Крылчатка центробежного компрессора на одном валу с турбиной.
Крыльчатки центробежного компрессора.
Двигатель ВК-1. В разрезе хорошо видна крыльчатка центробежного компрессора и далее две жаровые трубы камеры сгорания.
В основном сейчас используется осевой компрессор. В нем на одной вращающейся оси (ротор) укреплены металлические диски (их называют рабочее колесо), по венцам которых размещены так называемые «рабочие лопатки». А между венцами вращающихся рабочих лопаток размещены венцы неподвижных лопаток ( они бычно крепятся на наружном корпусе), это так называемый направляющий аппарат (статор). Все эти лопатки имеют определенный профиль и несколько закручены, работа их в определенном смысле похожа на работу все того же крыла или лопасти вертолета, но только в обратном направлении. Теперь уже не воздух действует на лопатку, а лопатка на него. То есть компрессор совершает механическую работу (над воздухом :-)). Или еще более нагляднее :-). Все знают вентиляторы, которые так приятно обдувают в жару. Вот вам пожалуйста, вентилятор и есть рабочее колесо осевого компрессора, только лопастей конечно не три, как в вентиляторе, а побольше.
Примерно так работает осевой компрессор.
Конечно очень упрощенно, но принципиально именно так. Рабочие лопатки «захватывают» наружный воздух, отбрасывают его внутрь двигателя, там лопатки направляющего аппарата определенным образом направляют его на следующий ряд рабочих лопаток и так далее. Ряд рабочих лопаток вместе с рядом следующих за ними лопаток направляющего аппарата образуют ступень. На каждой ступени происходит сжатие на определенную величину. Осевые компрессоры бывают с разным количеством ступеней. Их может быть пять, а может быть и 14. Соответственно и степень сжатия может быть разная, от 3 до 30 единиц и даже больше. Все зависит от типа и назначения двигателя (и самолета соответственно).
Осевой компрессор достаточно эффективен. Но и очень сложен как теоретически, так и конструктивно. И еще у него есть существенный недостаток: его сравнительно легко повредить. Все посторонние предметы с бетонки и птиц вокруг аэродрома он как говорится принимает на себя и не всегда это обходится без последствий.
Камера сгорания. Она опоясывает ротор двигателя после компрессора сплошным кольцом, либо в виде отдельных труб (они называются жаровые трубы). Для организации процесса горения в комплексе с воздушным охлаждением она вся «дырчатая». Отверстий много, они разного диаметра и формы. В жаровые трубы подается через специальные форсунки топливо (авиационный керосин), где и сгорает, попадая в область высоких температур.
Турбореактивный двигатель (разрез). Хорошо видны 8-ми ступенчатый осевой компрессор, кольцевая камера сгорания, 2-ухступенчатая турбина и выходное устройство.
Далее горячий газ попадает на турбину. Она похожа на компрессор, но работает, так сказать, в противоположном направлении. ЕЕ раскручивает горячий газ по тому же принципу, как воздух детскую игрушку- пропеллер. Неподвижные лопатки в ней находятся не за вращающимися рабочими, а перед ними и называются сопловым аппаратом. Ступеней у турбины немного, обычно от одной до трех-четырех. Больше и не надо, ведь для привода компрессора хватит, а остальная энергия газа потратится в сопле на разгон и получение тяги. Условия работы турбины мягко говоря «ужасные». Это самый нагруженный узел в двигателе. Турбореактивный двигатель имеет очень большую частоту вращения (до 30000 об/мин). Представляете какая центробежная сила действует на лопатки и диски! Да плюс факел из камеры сгорания с температурой от 1100 до 1500 градусов Цельсия. Вобщем ад :-). Иначе не скажешь. Я был свидетелем, когда при взлете самолета Су-24МР оборвалась рабочая лопатка турбины одного из двигателей. История поучительная, обязательно о ней расскажу в дальнейшем. В современных турбинах применяются достаточно сложные системы охлаждения, а сами они (особенно рабочие лопатки) изготавливаются из особых жаропрочных и жаростойких сталей. Эти стали достаточно дороги, да и весь турбореактивный двигатель в плане материалов очень недешев. В 90-е годы, в эпоху всеобщего разрушения на этом нажились многие нечистые на руку люди, в том числе и военные. Об этом тоже как-нибудь позже…
После турбины – реактивное сопло. В нем, собственно, и возникает тяга турбореактивного двигателя. Сопла бывают просто сужающиеся, а бывают сужающе-расширяющиеся. Кроме того бывают неуправляемые (такое сопло на рисунке), а бывают управляемые, когда их диаметр меняется в зависимости от режима работы. Более того сейчас уже есть сопла, которые меняют направление вектора тяги, то есть попросту поворачиваются в разные стороны.
Турбореактивный двигатель – очень сложная система. Летчик управляет им из кабины всего лишь одним рычагом – ручкой управления двигателем (РУД). Но на самом деле этим он лишь задает нужный ему режим. А все остальное берет на себя автоматика двигателя. Это тоже большой и сложный комплекс и еще скажу очень хитроумный. Когда еще будучи курсантом изучал автоматику, всегда удивлялся, как конструкторы и инженеры все это понапридумывали:-), а рабочие-мастера изготовили. Сложно… Но зато интересно ???? …
Вот и все пока. Вкратце опять не получилось :-). Но я все же надеюсь, что вам было интересно. До следующей встречи.
P.S. А вот вам напоследок атракцион, о котором я выше писал. Я на нем в детстве-то не катался, а сейчас их просто нет у нас. Так что знаю только в теории :-).
Вот такой он был, может и сейчас где-то работает…
Турбореактивный двигатель, как тепловая машина. Принцип работы. Просто.
Элементы конструкции самолета.
avia-simply.ru
Турбореактивные двигатели (ТРД) — наиболее распространенный тип ГТД, широко применяемый для самолетов гражданской авиации.
Рассмотрим работу ТРД на схеме, приведенной на рис. 7. Во входное устройство 1 попадает атмосферный воздух, сжимается от действия скоростного напора и затем проходят к компрессору 2. Здесь воздух еще более сжимается. При этом повышаются его давление и плотность. Степень повышения давления в современных ТРД может достигать 15— 20 и более. Естественно, что при повышении давления возрастает температура воздуха в компрессоре до 600 — 700 К. Часть горячего воздуха из компрессора может быть взята на обогрев гермокабин, в антиобледенительную систему и т. п.
Рис.3. Схемы турбореактивного двигателя
Компрессор является одним из основных узлов ГТД и служит для повышения давления воздуха перед поступлением его в камеру сгорания. Для устойчивой и равномерной работы двигателя компрессор должен обеспечить стабильное состояние сжимаемого воздуха у входа в камеру сгорания. Заметим, что при движении вдоль канала компрессора воздух все более сжимается и соответственно растет плотность. Вот почему для сохранения осевой скорости движения потока поперечное сечение канала компрессора сужают. Это еще одна иллюстрация действия закона неразрывности движения. На рис. 7, а показана схема ТРД с осевым компрессором, в котором сжатие происходит в направлении оси двигателя. Эта схема наиболее широко применяется. На рис. 7, б дана схема ТРД с центробежным компрессором, где сжатие воздуха происходит за счет действия центробежных сил от вращающейся крыльчатки 2. Эта схема редко применяется, так как имеет большие габаритные размеры.
Из компрессора сжатый воздух поступает в камеру сгорания 3, куда через форсунку впрыскивают топливо. При этом образуется горючая смесь. В момент запуска смесь поджигают с помощью пусковой свечи, а затем горение поддерживается непрерывно в процессе всей работы двигателя.
Газообразные продукты сгорания с большой скоростью направляются в выходное устройство 5. На их пути помещается газовая турбина 4. Она служит для привода компрессора и других агрегатов двигателя. Вытекая с большой скоростью из выходного устройства (реактивного сопла), газообразная масса продуктов сгорания тем самым создает большое количество движения, обеспечивающее возникновение реактивной тяги Р.
Турбореактивные двух контурные двигатели (ТРДД) — широко применяемый тип ГГД. Основные преимущества ТРДД — лучшая экономичность, более низкий уровень шума (по сравнению с ТРД). Это и определило широкое распространение ТРДД в гражданской авиации.
Рассмотрим принцип работы ТРДД (рис. 8). Во входное устройство 1 поступает воздух. В отличие от ТРД в ТРДД имеются два компрессора. Первоначально воздух поступает к компрессору 2 низкого давления (КНД).
Рис.4. Схема турбореактивного двух контурного двигателя
Предварительно сжатый поток воздуха разделяется на два. Один поток проходит по наружному контуру и попадает в свое выходное устройство 6, увеличивая массу выходящих газов. Второй поток воздуха поступает в компрессор 3 высокого давления (КВД). Здесь все происходит так же, как и в ТРД: из камеры сгорания 4 газообразные продукты поступают к турбине 5, приводят ее во вращение и вытекают из выходного устройства 7. Турбина приводят во вращение оба компрессора. Причем КНД требует меньшей частоты вращения, меньшей мощности. Ему соответствует своя турбина. Для КВД приводом является другая турбина.
Таким образом, в создании реактивной тяги Р принимают участие два контура: наружный и внутренний. Наружный контур состоит из входного устройства, КНД, кольцевого канала 6 с выходным устройством. В некоторых конструкциях ТРДД предусмотрено смещение на выходе потоков обоих контуров. Внутренний контур работает по обычной схеме ТРД. Для ТРДД введена характеристика, именуемая степенью двухконтурности. Она определяется, как отношение расхода воздуха через наружный контур к расходу воздуха через внутренний контур. Это соотношение для современных ТРДД колеблется в довольно широких пределах: от 0,5 до 8 и выше.
Очевидно, что параметры воздушного потока наружного и внутреннего контуров и потока горячих газов внутреннего контура резко разнятся. Так, почти на всем пути температура в наружном контуре составляет около 400 К, давление поднимается только до 3 МПа. Во внутреннем контуре в жаровой трубе температура достигает 1400 К и более, а давление возрастает до 15 МПа и более. Эта особенность также является преимуществом ТРДД, поскольку относительно холодный наружный контур в эксплуатации всегда удобней, чем горячий.
Турбовинтовые двигатели (ТВД) — это такой ГТД, в котором турбина развивает мощность, достаточную для привода компрессора и вращения воздушного винта. ТВД на дозвуковых скоростях превосходят по экономичности другие типы двигателей. На взлете ТВД развивает в 2—2,5 раза большую тягу, чем ТРД. Следовательно, взлетная дистанция в этом случае будет короче. На самолетах с ТВД воздушный винт может быть использован в качестве тормоза при посадке, что снижает длину пробега. Кроме того, уровень шума ТВД ниже, чем у ТРД и ТРДД. Это обусловило широкое применение ТВД в гражданской авиации. В период дефицита углеводородного топлива ТВД с высокими экономическими показателями становятся все более популярными. Уже сейчас проектируется применение ТВД на самолетах новых поколений.
К недостаткам ТВД следует отнести тот факт, что воздушные винты могут эффективно применяться только до чисел М, равных 0,7—0,8. Так что ТВД для около- и сверхзвуковых полетов не применимы. В эксплуатации ТВД сложнее, чем ТРД, поскольку наличие редуктора и воздушного винта с регулирующими устройствами требует дополнительных затрат на их эксплуатацию.
Рассмотрим схему работы ТВД (рис. 9) . Воздух попадает во входное устройство двигателя, минуя воздушный винт 1. Затем он сжимается в компрессоре 3. Продукты сгорания вытекают из камеры сгорания 4, заставляют вращаться турбину 5 и выходят из реактивного сопла 6, создавая дополнительную тягу. В конструкциях некоторых ТВД компрессор приводится во вращение одной турбиной, а воздушный винт — другой. Такие независимые приводы дают возможность лучше регулировать работу двигателя. Непременным конструктивным элементом ТВД является редуктор. Дело в том, что турбина вращается с частотой около 20000 об/мин. Прямая передача этого вращения на воздушный винт невозможна, ибо при такой частоте вращения винт не может быть эффективным. Поэтому вращение воздушному винту передается через редуктор 2.
Рис. 5. Схема турбовинтового двигателя
Из сказанного следует, что тяга ТВД создается воздушным винтом (около 90 %) и реактивным действием газовой струи (около 10 %). Такое комплексное использование энергии сгорания топливно-воздушной смеси позволяет получить высокий коэффициент полезного действия и хорошие экономические показатели ТВД.
Приведенная выше классификация в известной мере условна. Все большее развитие получают комбинированные двигатели. Схематично один из комбинированных двигателей можно представить таким: обычный поршневой двигатель, отработавшие газы которого вращают газовую турбину; на одном валу с турбиной установлен компрессор, который подает воздух под давлением в камеры сгорания двигателя
studfiles.net
Устройство реактивного двигателя | Двигатель прогресса
Реактивный двигатель был изобретен Гансом фон Охайном (Dr. Hans von Ohain), выдающимся немецким инженером-конструкторм и Фрэнком Уиттлом (Sir Frank Whittle). Первый патент на работающий газотурбинный двигатель, был получен в 1930 году Фрэнк Уиттлом. Однако первую рабочую модель собрал именно Охайн.
2 августа 1939 года в небо поднялся первый реактивный самолет – He 178 (Хейнкель 178), снаряженный двигателем HeS 3, разработанный Охайном.
Устройство реактивного двигателя достаточно просто и одновременно крайне сложно. Просто по принципу действия: забортный воздух (в ракетных двигателях – жидкий кислород) засасывается в турбину, там смешивается с топливом и сгорая, в конце турбины образует т.н. “рабочее тело” (реактивная струя), которое и двигает машину.
Так все просто, но на деле – это целая область науки, ибо в таких двигателях рабочая температура достигает тысяч градусов по Цельсию. Одна из самых главных проблем турбореактивного двигателестроения – создание не плавящихся деталей, из плавящихся металлов. Но для того, что бы понять проблемы конструкторов и изобретателей нужно сначала более детально изучить принципиальное устройство двигателя.
основные детали реактивного двигателя
В начале турбины всегда стоит вентилятор, который засасывает воздух из внешней среды в турбины. Вентилятор обладает большой площадью и огромным количеством лопастей специальной формы, сделанных из титана. Основных задач две – первичный забор воздуха и охлаждение всего двигателя в целом, путем прокачивание воздуха между внешней оболочкой двигателя и внутренними деталями. Это охлаждает камеры смешивания и сгорания и не дает им разрушится.
Сразу за вентилятором стоит мощный компрессор, который нагнетает воздух под большим давлением в камеру сгорания.
Камера сгорания выполняет еще и роль карбюратора, смешивая топливо с воздухом. После образования топливо воздушной смеси она поджигается. В процессе возгорания происходит значительный разогрев смеси и окружающих деталей, а также объемное расширение. Фактически реактивный двигатель использует для движения управляемый взрыв.
Камера сгорания реактивного двигателя одна из самых горячих его частей – её необходимо постоянно интенсивное охлаждение. Но и этого недостаточно. Температура в ней достигает 2700 градусов, поэтому её часто делают из керамики.
После камеры сгорания горящая топливо-воздушная смесь направляется непосредственно в турбину.
Турбина состоит из сотен лопаток, на которые давит реактивный поток, приводя турбину во вращение. Турбина в свою очередь вращает вал, на котором “сидят” вентиллятор и компрессор. Таким образом система замыкается и требует лишь подвода топлива и воздуха для своего функционироваия.
После турбины поток направляется в сопло. Сопло реактивного двигателя – последняя, но далеко не по значению часть реактивного двигателя. Оно формирует непосредственно реактивную струю. В сопло направляется холодный воздух, нагнетаемый вентиллятором для охлаждения внутренних деталей двигателя. Этот поток ограничивает манжету сопла от сверхгорячего реактивного потока и ее дает ей расплавится.
Сопла у реактивных двигателей бывают самые разные. Самым передовым считает подвижное сопло, стоящее на двигателях с отклоняемым вектором тяги. Оно может сжиматься и расширятся, а также отклонятся на значительные углы, регулируя и направляя непосредственно реактивный поток. Это делает самолеты с двигателями с отклоняемым вектором тяги очень маневренными, т.к. маневрирование происходит не только благодаря механизмам крыла, но и непосредственно двигателем.
Существует несколько основных типом реактивных двигателей.
Классический реактивный двигатель самолета F-15
Классический реактивный двигатель – принципиальное устройство которого мы описыали выше. Используется в основном на истребителях в различных модификациях.
Двухлопастной турбовинтовой двигатель
Турбовинтовой двигатель. В этом типе двигателя мощность турбины через понижающий редуктор направляется на вращение классического винта. Такие двигатели позволят большим самолетам летать на приемлемых скоростях и тратить меньше горючего. Нормальной крейсерской скоростью турбовинтового самолета считается 600—800 км/ч.
Турбовентиляторный реактивный двигатель.
Турбовентиляторный реактивный двигатель.
Этот тип двигателя является более экономичным родственником классического типа. главное отличие в том, что на входе ставится вентилятор большего диаметра, который подает воздух не только в турбину, но и создает достаточно мощный поток вне её. Таким образом достигается повышенная экономичность, за счет улучшения КПД.
Используется на лайнерах и больших самолетах.
Прямоточный воздушно-реактивный двигатель (Ramjet)
Прямоточный воздушно-реактивный двигатель
Работает без подвижных деталей. Воздух нагнетается в камеру сгорания естественным способом, за счет торможения потока об обтекатель входного отверстия.
Далее все происходит так же как в обычном реактивном двигателе – воздух смешивается с горючим и выходит в виде реактивной струи из сопла.
Использовался на поездах, самолетах, БЛА, и в боевых ракетах, а также на велосипедах и скутерах.
И напоследок – видео работы реактивного двигателя:
Картинки взяты из различных источников. Русификация картинок – Лаборатори 37.
lab-37.com
Авиационные газотурбинные двигатели.
На сегодняшний день, авиация практически на 100% состоит из машин, которые используют газотурбинный тип силовой установки. Иначе говоря – газотурбинные двигатели. Однако, несмотря на всю возрастающую популярность авиаперелетов сейчас, мало кто знает каким образом работает тот жужжащий и свистящий контейнер, который висит под крылом того или иного авиалайнера.
Принцип работы газотурбинного двигателя.
Газотурбинный двигатель, как и поршневой двигатель на любом автомобиле, относится к двигателям внутреннего сгорания. Они оба преобразуют химическую энергию топлива в тепловую, путем сжигания, а после — в полезную, механическую. Однако то, как это происходит, несколько отличается. В обоих двигателях происходит 4 основных процесса – это: забор, сжатие, расширение, выхлоп. Т.е. в любом случае в двигатель сначала входит воздух (с атмосферы) и топливо (из баков), далее воздух сжимается и в него впрыскивается топливо, после чего смесь воспламеняется, из-за чего значительно расширяется, и в итоге выбрасывается в атмосферу. Из всех этих действий выдает энергию лишь расширение, все остальные необходимы для обеспечения этого действия.
А теперь в чем разница. В газотурбинных двигателях все эти процессы происходят постоянно и одновременно, но в разных частях двигателя, а в поршневом – в одном месте, но в разный момент времени и по очереди. К тому же, чем более сжат воздух, тем большую энергию можно получить при сгорании, а на сегодняшний день степень сжатия газотурбинных двигателей уже достигла 35-40:1, т.е. в процессе прохода через двигатель воздух уменьшается в объеме, а соответственно увеличивает свое давление в 35-40 раз. Для сравнения в поршневых двигателях этот показатель не превышает 8-9:1, в самых современных и совершенных образцах. Соответственно имея равный вес и размеры газотурбинный двигатель гораздо более мощный, да и коэффициент полезного действия у него выше. Именно этим и обусловлено такое широкое применения газотурбинных двигателей в авиации в наши дни.
А теперь подробней о конструкции. Четыре вышеперечисленных процесса происходят в двигателе, который изображен на упрощенной схеме под номерами:
Таким образом получается замкнутый цикл. Воздух входит в двигатель, сжимается, смешивается с горючим, воспламеняется, направляется на лопатки турбины, которые снимают до 80% мощности газов для вращения компрессора, все что осталось и обуславливает итоговую мощность двигателя, которая может быть использована разными способами.
В зависимости от способа дальнейшего использования этой энергии газотурбинные двигатели подразделяются на:
Двигатель, изображенный на схеме выше, является турбореактивным. Можно сказать «чистым» газотурбинным, ведь газы после прохождения турбины, которая вращает компрессор, выходят из двигателя через выхлопное сопло на огромной скорости и таким образом толкают самолет вперед. Такие двигатели сейчас используются в основном на высокоскоростных боевых самолетах.
Турбовинтовые двигатели отличаются от турбореактивных тем, что имеют дополнительную секцию турбины, которая еще называется турбиной низкого давления, состоящую из одного или нескольких рядов лопаток, которые отбирают оставшуюся после турбины компрессора энергию у газов и таким образом вращает воздушный винт, который может находится как спереди так и сзади двигателя. После второй секции турбины, отработанные газы выходят фактически уже самотеком, не имея практически никакой энергии, поэтому для их вывода используются просто выхлопные трубы. Подобные двигатели используются на низкоскоростных, маловысотных самолетах.
Турбовентиляторные двигатели имеют схожую схему с турбовинтовыми, только вторая секция турбины отбирает не всю энергию у выходящих газов, поэтому такие двигатели также имеют выхлопное сопло. Но основное отличие состоит в том, что турбина низкого давления приводит в действия вентилятор, который закрыт в кожух. Потому такой двигатель еще называется двуконтурным, ведь воздух проходит через внутренний контур (сам двигатель) и внешний, который необходим лишь для направления воздушной струи, которая толкает двигатель вперед. Потому они и имеют довольно «пухлую» форму. Именно такие двигатели применяются на большинстве современных авиалайнеров, поскольку являются наиболее экономичными на скоростях, приближающихся к скорости звука и эффективными при полетах на высотах выше 7000-8000м и вплоть до 12000-13000м.
Турбовальные двигатели практически идентичны по конструкции с турбовинтовыми, за исключением того, что вал, который соединен с турбиной низкого давления, выходит из двигателя и может приводить в действие абсолютно что угодно. Такие двигатели используются в вертолетах, где два-три двигателя приводят в действие единственный несущий винт и компенсирующий хвостовой пропеллер. Подобные силовые установки сейчас имеют даже танки – Т-80 и американский «Абрамс».
Газотурбинные двигатели имеют классификацию также по другим признакам:
Турбореактивный двигатель с осевым компрессором получил широкое применение. При работающем двигателе идет непрерывный процесс. Воздух проходит через диффузор, притормаживается и попадает в компрессор. Затем он поступает в камеру сгорания. В камеру через форсунки подается также топливо, смесь сжигается, продукты сгорания перемещаются через турбину. Продукты сгорания в лопатках турбины расширяются и приводят ее во вращение. Далее газы из турбины с уменьшенным давлением поступают в реактивное сопло и с огромной скоростью вырываются наружу, создавая тягу. Максимальная температура имеет место и на воде камеры сгорания.
Компрессор и турбина расположены на одном валу. Для охлаждения продуктов сгорания подается холодный воздух. В современных реактивных двигателях рабочая температура может превышать температуру плавления сплавов рабочих лопаток примерно на 1000 °С. Система охлаждения деталей турбины и выбор жаропрочных и жаростойких деталей двигателя — одни из главных проблем при конструировании реактивных двигателей всех типов, в том числе и турбореактивных.
Особенностью турбореактивных двигателей с центробежным компрессором является конструкция компрессоров. Принцип работы подобных двигателей аналогичен двигателям с осевым компрессором.
Газотурбинный двигатель. Видео.
Полезные статьи по теме.
Ещё узлы и агрегаты
Путешествуя на самолетах , вы задумывались когда-нибудь о том, как работает двигатель реактивного самолета? О реактивной тяге, которая приводит его в действие, знали еще в Античные времена. Применить же ее на практике смогли только в начале прошлого века, в результате гонки вооружений между Англией и Германией.
Принцип работы двигателя реактивного самолета довольно прост, но имеет некоторые нюансы, которые строго соблюдаются при их производстве. Чтобы самолет смог надежно держаться в воздухе, они должны работать идеально. Ведь от этого зависят жизни и безопасность всех, кто находится на борту самолета.
Его приводит в действие реактивная тяга. Для этого нужна какая-то жидкость, выталкиваемая из задней части системы и придающая ей движение вперед. Здесь работает третий закон Ньютона, который гласит: “Любое действие вызывает равное противодействие”.
У реактивного двигателя вместо жидкости применяется воздух. Он создает силу, обеспечивающую движение.
В нем используются горячие газы и смесь воздуха со сгораемым топливом. Эта смесь выходит из него с высокой скоростью и толкает самолет вперед, давая ему лететь.
Если говорить об устройстве двигателя реактивного самолета, то оно представляет из себя соединение четырех самых важных деталей:
компрессора;
камеры горения;
турбины;
выхлопа.
Компрессор состоит из нескольких турбин, которые засасывают воздух и сжимают его по мере прохождения через расположенные под углом лопасти. При сжатии температура и давление воздуха повышаются. Часть сжатого воздуха попадает в камеру горения, где смешивается с топливом и поджигается. Это увеличивает тепловую энергию воздуха.
Реактивный двигатель.
Горячая смесь на высокой скорости выходит из камеры и расширяется. Там она проходит через еще одну турбину с лопастями, которые вращаются, благодаря энергии газа.
Турбина соединена с компрессором в передней части двигателя, и таким образом приводит его в движение. Горячий воздух выходит через выхлоп. К этому моменту температура смеси очень высока. И еще увеличивается, благодаря эффекту Дросселирования. После этого воздух выходит из него.
Разработка самолетов с реактивным двигателем началась в 30х годах прошлого века. Англичане и немцы начали разрабатывать подобные модели. В этой гонке победили немецкие ученые. Поэтому первым самолетом с реактивным двигателем стала “Ласточка” в Люфтваффе.“Глостерский метеор” поднялся в воздух немного позднее. О первых самолетах с такими двигателями подробно рассказано в этой статье.
Двигатель сверхзвукового самолета — тоже реактивный, но уже в совершенно другой модификации.
Как работает турбореактивный двигатель?
Реактивные двигатели применяются повсеместно, а турбореактивные устанавливаются больших пассажирских лайнерах . Отличие их в том, что первый несет с собой запас топлива и окислителя, а конструкция обеспечивает их подачу из баков.
Турбореактивный двигатель самолета несет с собой лишь топливо, а окислитель — воздух — нагнетается турбиной из атмосферы. В остальном принцип его работы совпадает с тем же, что и у реактивного.
Одна из самых важных деталей у них — это лопасть турбины. От нее зависит мощность двигателя.
Схема турбореактивного двигателя.
Именно они вырабатывают тяговые усилия, необходимые для ускорения самолета. Каждый из лопастей производит в 10 раз больше энергии, чем самый обычный, автомобильный двигатель. Они устанавливаются позади камеры сгорания, в той части двигателя, где самое высокое давление, а температура доходит до 1400 градусов по Цельсию.
В процессе производства лопастей они проходят через процесс монокристаллизации, что придает им твердости и прочности.
Перед тем, как установить на самолет, каждый двигатель проверяется на полное тяговое усилие. Он должен пройти сертификацию Европейского совета по безопасности и компанией, которая его произвела. Одной из самых крупных фирм по их производству является Роллс-Ройс.
Что такое самолет с атомным двигателем?
Во время Холодной войны были предприняты попытки создания реактивного двигателя не на химической реакции, а на тепле, который бы вырабатывал ядерный реактор. Его ставили вместо камеры сгорания.
Воздух проходит через активную зону реактора, понижая его температуру и повышая свою. Он расширяется и истекает из сопла со скоростью, большей чем скорость полета.
Комбинированный турбреактивно-атомный двигатель.
В СССР проводились его испытания на базе ТУ-95. В США тоже не отставали от ученых в Советском Союзе.
В 60х годах исследования в обеих сторонах постепенно прекратились. Основными тремя проблемами, которые помешали разработке, стали:
безопасность летчиков во время полета;
выброс радиоактивных частиц в атмосферу;
в случае падения самолета, радиоактивный реактор может взорваться, нанеся непоправимый вред всему живому.
Как производят реактивные двигатели для моделей самолетов?
Их производство для моделей самолетов занимает около 6 часов. Сначала вытачивается базовая пластина из алюминия, к которой крепятся все остальные детали. По размеру она совпадает с хоккейной шайбой.
К ней прикрепляют цилиндр, поэтому получается что-то вроде консервной банки. Это будущий двигатель внутреннего сгорания. Далее устанавливается система подачи топлива . Чтобы его закрепить, в основную пластину вкручиваются шурупы, предварительно опущенные в специальный герметик.
Двигатель для модели самолета.
Каналы стартера крепятся с другой стороны камеры, чтобы перенаправлять выбросы газа в турбинное колесо. В отверстие сбоку от камеры сгорания устанавливается спираль накаливания. Она поджигает топливо внутри двигателя.
Потом ставят турбину и центральную ось цилиндра. На нее ставят колесо компрессора, которое нагнетает воздух в камеру сгорания. Его проверяют с помощью компьютера, прежде чем закрепить пусковую установку.
Готовый двигатель еще раз проверяют на мощность. Его звук немногим отличается от звука двигателя самолета. Он, конечно, меньшей силы, но полностью напоминает его, придавая больше схожести модели.
Регуляторы хода
RC Design / Статьи / Аппаратура Радиоуправления
Автор — Владимир Васильков (Vovic)
Введение
Общие понятия и функции
Защитно-сервисные функции
Важные характеристики
Настройка регуляторов хода
Особенности подключения регуляторов хода
Многомоторные модели
Конструктивное исполнение регуляторов хода
Производители регуляторов хода
Принцип действия регуляторов хода
Техническая реализация
Принцип работы регулятора бесколлекторного электродвигателя
На моделях c электроприводом требуется управлять электромоторами — их нужно включать, менять их обороты и останавливать. Если на двигателях внутреннего сгорания для этих целей служат управляемый сервомашинкой карбюратор, то электромоторам требуется отдельное устройство, которое называется регулятором хода.
Исторически первыми появились механические регуляторы. Они представляют собой мощный реостат (переменное сопротивление), который включается последовательно с электродвигателем. Специальная рулевая машинка позволяет управлять реостатом, регулируя, таким образом, обороты двигателя. Наряду с простотой, механическим регуляторам присущи такие недостатки, как поглощение драгоценной электроэнергии на борту и превращение ее в тепло. Это тепло еще нужно отвести в окружающую среду, что создает дополнительные проблемы. Особой надежностью эти регуляторы не отличаются, поскольку содержат скользящие контакты, через которые протекает большой ток. Сильный нагрев конструкции также не способствует ее надежности. Сейчас механические регуляторы используются только в простейших игрушках, где мощность силового мотора невелика, а низкая цена очень важна. На серьезные модели такие регуляторы не ставят, и мы о них больше говорить не будем.
Развитие техники полупроводниковых приборов позволило создать электронные модельные регуляторы хода без двигающихся частей, свободные от указанных выше недостатков. В них энергия поступает на мотор импульсами, и все регулировки происходят путем изменения длительности импульсов.
Помимо электронных регуляторов хода, выпускаются электронные выключатели ходовых электродвигателей. Они не регулируют мощность двигателя, а только включают и выключают его по команде с передатчика. О них мы тоже дальше говорить не будем.
В первой части данной статьи рассказано то, что вам понадобится знать о регуляторах хода. Во второй половине рассказывается о том, как они устроены и функционируют. Как и в статье про сервомашинки, эта часть для любителей не просто гонять модели, а разобраться в сути принципа действия регуляторов хода.
Общие понятия и функции
Обычно, помимо управления оборотами, регуляторы предлагают много дополнительных функций. Кроме того, они имеют ряд характеристик, от которых может зависеть выбор вами той или иной модели. Поэтому для начала дадим основные определения с комментариями, чтобы вам было легче ориентироваться.
Тормоз. Для многих моделей нужно не только быстро раскрутить двигатель на старте, но и быстро его затормозить. Это важно для автомоделей и для электролетов со складывающимся винтом. Торможение осуществляется путем замыкания обмоток двигателя через регулятор. Иногда реализуется функция «мягкого» тормоза, когда обмотки замыкаются не сразу, а небольшими импульсами. Это позволяет уменьшить нагрев регулятора и продлить жизнь коллектора электродвигателя.
Реверс. Иногда бывает полезно иметь на модели задний ход. Поэтому многие регуляторы позволяют менять направление вращения электродвигателя, подавая на него напряжение в обратной полярности. Задний ход зачастую делается не на полную мощность, так как «на всю катушку» он просто не нужен. Зато появляется возможность упростить реализацию силовых ключей заднего хода и уменьшить цену регулятора.
BEC-система (Battery Elimination Cirquit). В большинстве регуляторов для низковольтных моторов (под батареи не более 10-15 банок) встраивают систему вторичного электропитания для приемника и сервомашинок. К управлению двигателем она отношения не имеет, но позволяет не ставить на модель два аккумулятора: один силовой, а другой для системы радиоуправления. Все питание происходит от силовых аккумуляторов, что весьма удобно.
Опторазвязка. В мощных регуляторах на повышенные напряжения — от 15 до 36 банок аккумуляторов встраивают гальваническую развязку силовых цепей от цепей приемника системы радиоуправления. Это делается для того, чтобы мощные импульсные помехи из силовой части регулятора и двигателя не попали на высокочувствительные входные цепи приемника. Естественно, в случае применения опторазвязки приемнику потребуется отдельное питание.
Защитно-сервисные функции
К функциям собственно регулирования добавляют разнообразные полезные вещи:
POR (Power on Reset). Сброс при включении. При включении бортового питания модели может так случиться (по забывчивости моделиста), что ручка управления двигателем не стоит в положении «Стоп». Тогда двигатель модели может сразу выйти на максимальные обороты. Для не готового к этому моделиста такой внезапный старт может кончиться серьезными травмами и потерей модели. Для предотвращения этого в программу контроллера вводят функцию POR. Она работает так: при подаче питания на регулятор хода он принудительно ставит двигатель в положение «Стоп» вне зависимости от длительности управляющего импульса от приемника. После того, как моделист переведет ручку в положение «Стоп», блокировка снимается, и двигателем можно управлять, как обычно.
PCO (Power Cut Off). Функция отключения электродвигателя при падении напряжения аккумулятора ниже заданного порога. Очень полезна для летающих электромоделей с системой ВЕС. В отличие от наземных моделей, просто останавливающихся при отключении двигателя, летающую модель еще надо посадить на землю. Для этого после отключения ходового двигателя в аккумуляторе остается еще немного энергии для работы приемника и сервомашинок. Порог отключения рассчитан на определенный вид аккумуляторов, чаще никель-кадмиевых. Если подключить литиевые, то они могут испортиться с одной зарядки. Продвинутые регуляторы позволяют настраивать порог отключения под конкретный тип аккумулятора.
TOP (Thermal Overload Protection) — защита силовых ключей от токовой перегрузки, которая может привести к тепловому разрушению MOSFET-транзисторов. Защищает также от короткого замыкания в нагрузке. Реализуется путем встраивания в силовые цепи датчика тока и программирования в контроллере функции порогового отключения всех ключей. Сбрасывается коммутацией питания.
TP (Thermal Protection) — защита от перегрева регулятора хода. На плате ставится термодатчик, отключающий регулятор при его нагреве свыше допустимого уровня. Сбрасывается при охлаждении корпуса регулятора.
RVP (Reverse Voltage Protection) — защита от переполюсовки питающего напряжения. Неизбежно усложняет и удорожает регулятор, ухудшая его параметры. Применяется редко. На большинстве хороших регуляторов хода не используется.
Обилие систем защиты в регуляторах может создать ложное представление о том, что регулятор хода нельзя спалить. Это не так. Во-первых, регуляторы редко защищают от переполюсовки силового аккумулятора. В этом случае выгорают, как правило, все силовые ключи. По моим наблюдениям, так сжигается каждый второй регулятор хода. Во-вторых, в некоторых случаях защиту приходится отключать. Например, в электровертолете. Потому что срабатывание защиты в полете сохранит регулятор, но угробит саму модель. В-третьих, защита спасает регулятор, только если он работает с электродвигателем, более-менее согласованным с ним по характеристикам.
Важные характеристики
У регулятора хода есть несколько важных характеристик, от которых зависят его возможности, определяющие, с каким двигателем и аккумулятором он сможет работать вообще.
Максимальный постоянный ток. Определяет, какой максимальный ток двигателя может выдерживать регулятор длительное время.
Параметр простой лишь на первый взгляд. На английском обозначается как Continuous Current. Путаница возникает в разном понимании термина Continuous. Для микроэлектроники это доли секунды. Т.е. это ток, который выдерживают силовые ключи и не срабатывает защита TOP (см. выше). Совсем не означает, что такой ток выдержат провода и печатные проводники в регуляторе. Поэтому, если в характеристиках регулятора написано Continuous Current — 400А, это совсем не значит, что регулятор выдержит такой ток в течение минуты. Реальный продолжительный ток в несколько раз меньше. Многие производители указывают время продолжительности максимального тока.
Максимальный пиковый ток. Это ток, который кратковременно может выдерживать регулятор. Обычно пиковый ток в несколько раз превышает постоянный. Пиковые токи возникают во время старта, когда двигатель должен быстро развить большой вращающий момент. Например, при резком старте автомодели.
В настоящее время, чтобы облегчить жизнь потребителей, зачастую применяется альтернативная система обозначения возможностей регуляторов. Подобное можно часто встретить для автомоделей. Там для регуляторов сообщается, на скольки-витковые моторы они рассчитаны. Естественно, для моторов, в свою очередь, указывается количество витков в обмотках. Т.н. безлимитные регуляторы могут работать с любыми автомодельными электродвигателями, но не с любыми двигателями вообще!
Максимальное напряжение батареи. При большем, чем разрешено, напряжении батареи регулятор может сгореть. Часто в характеристиках обозначают не напряжение, а число банок в батарее NiCd аккумуляторов. Умножьте эту величину на 1,2 Вольт и получите максимальное разрешенное напряжение.
Внутреннее сопротивление. Само собой, что схемы коммутации электроэнергии, применяемые в регуляторах, вносят определенные потери энергии, за счет внутреннего сопротивления ключей. Поэтому все регуляторы имеют такую характеристику, как внутреннее сопротивление. Хоть внутреннее сопротивление регулятора и невелико (0,0006 Ом у чемпионатных регуляторов), вносимые потери могут сыграть большую роль, когда дело дойдет до серьезных соревнований.
Кстати, у реверсивных регуляторов внутреннее сопротивление обычно больше, чем у аналогичных моделей без реверса. Это происходит из-за особенностей построения схем коммутации электродвигателя. Какой из этого можно сделать практический вывод? Да очень простой. Если вы собираетесь серьезно кататься на автомодели, и потом выступать в соревнованиях, вам лучше сразу учиться на регуляторе без реверса. Хотя поначалу без заднего хода ездить неудобно.
Частота импульсов регулятора. Оптимальная частота регулирования зависит от параметров используемого электродвигателя. Если частота много выше оптимальной, — растут потери на коммутацию ключей в регуляторе. Эти потери связаны с тем, что даже самый быстрый ключ не открывается и не закрывается мгновенно. В то время, когда он переходит из одного состояния в другое, на нем теряется энергия. Если же частота много ниже оптимальной, — растут индуктивные потери в моторе.
В регуляторах хода бесколлекторных двигателей еще больше вариантов параметров. Поэтому при подборе регулятора к двигателю лучше просто ориентироваться на рекомендации производителя.
Настройка регуляторов хода
Производители регуляторов хода стараются сделать свои изделия совместимыми с широкой номенклатурой двигателей и передатчиков радиоуправления. Поэтому они вводят в них много параметров, настраиваемых пользователем.
В первую очередь, настраиваются положения джойстиков передатчика, соответствующие режимам «нейтраль», «тормоз», «максимальный газ», «реверс». Такие режимы, как «тормоз» и «реверс», могут отключаться. Настройка крайних значений обеспечивает уверенную работу регулятора с передатчиками, у которых могут существенно отличаться значения продолжительности канального импульса в крайних положениях джойстика. В некоторых регуляторах настраивается величина мертвой зоны в положении «нейтраль». Последовательность операций по настройке различная у разных производителей. Здесь надо следовать указаниям инструкции. В качестве команд настройки используются кнопки на корпусе регулятора, либо те или иные положения джойстика. Некоторые регуляторы переходят в режим настройки при подключении или съеме перемычки-джампера, как в компьютере. В качестве индикатора настраиваемых режимов служат светодиоды на корпусе регулятора. В последнее время многие регуляторы используют звуковую индикацию режимов настройки. При этом в качестве пищалки работают обмотки подключенного двигателя.
Некоторые регуляторы позволяют изменять частоту импульсного регулирования при работе регулятора с разными двигателями. Причем частота может определяться отдельно для прямого хода и для торможения. В некоторых приложениях могут отключаться при программировании системы защиты, например, в электровертолете.
В продвинутых регуляторах хода бессенсорных двигателей есть возможность изменения сдвига фаз (Timing) трехфазного тока относительно положения ротора. Это связано с особенностью работы бессенсорных регуляторов, у которых режимы наибольшей мощности и наивысшего КПД не совпадают. В этом случае пользователь может выбрать то, что для его модели важнее.
Поскольку мир моделизма разнообразен, выпускаются специализированные регуляторы, скажем, для автомоделей, судомоделей, самолетов и вертолетов. В этих моделях набор реализуемых функций разнообразен. Чтобы не расширять необоснованно номенклатуру регуляторов хода, некоторые производители делают универсальный прибор с перенастройкой под судо- авто- авиамодели.
В большинстве приложений регулятор хода регулирует мощность, подводимую к двигателю, пропорционально положению джойстика на передатчике. Но не везде. В электровертолетах гораздо важнее регулировать не мощность, а обороты двигателя. В этом случае при изменении нагрузки и постепенной разрядке аккумулятора все настройки системы управления сохраняют свою эффективность. В регуляторы хода коллекторных двигателей для обратной связи добавляют датчик Холла и магнитик на роторе вертолета. Регуляторы хода бесколлекторных двигателей имеют информацию об оборотах уже внутри и дополнительных датчиков не требуют. Многофункциональные регуляторы при настройке переводятся в вертолетный режим, после чего они стабилизируют и регулируют не мощность, а обороты двигателя.
В продвинутых регуляторах может настраиваться очень много параметров. Для примера рассмотрим параметры настройки автомодельных регуляторов хода «Циклон» фирмы Novak на следующем графике:
По оси абсцисс — длина канального импульса при соответствующем положении курка газа. Здесь обозначены следующие точки и соответствующие им параметры:
Абсцисса точки а — положение курка при 100% торможении
Длина участка b-c — величина мертвой зоны нейтрали
Середина участка b-c — положение курка в нейтрали
Ордината точки d — минимальная величина газа
Абсцисса точки e — положение курка на 100% газа
Кроме того, для участка а-b задается частота импульсов торможения, для участка d-e частота импульсов прямого хода, для нейтрали задается величина подтормаживания (Drag Brake) и частота его импульсов. Итого — девять параметров. Это совсем не предел. У шульцевского авторегулятора mcc1010 устанавливается пятнадцать параметров. Понятно, что не всякий моделист готов самостоятельно кропотливо оптимизировать все эти параметры под свой мотор и конкретную трассу. Чтобы упростить эту задачу, производители создали несколько комплектов параметров под определенные трассы и моторы. Эти комплекты хранятся в памяти регулятора хода. Моделисту средней руки остается парой нажатий кнопок выбрать подходящий набор параметров. Крутые чемпионы, конечно, настраивают свои болиды, в т.ч. и в части регулятора хода, сами.
Особенности подключения регуляторов хода
Провода. Регулятор хода соединяется проводами с аккумулятором и электродвигателем. Эти провода — важный элемент в силовой установке. Для правильной ее работы необходимо соблюдать некоторые рекомендации. В качестве соединительных проводов используется медный гибкий многожильный провод. Провода не электротехнические, а специальные — с очень большим количеством очень тонких жил. Такие провода, помимо электромоделей, широко используются для подключения акустических систем большой мощности звуковой аппаратуры класса Hi-End, и их можно найти в серьезных магазинах аудиотехники. Наиболее распространены провода сечением 1 кв. мм. для токов до 20 ампер, 1,5 кв. мм. — для токов до 30 ампер, 2,5 кв. мм. — до 50 ампер и 4 кв. мм. — до 80 ампер. Использование меньшего сечения на большие токи чревато как минимум снижением КПД мотоустановки, как максимум — аварией с пожаром. Наоборот — допустимо, но необоснованно завышается вес, — медь-то тяжелая!
Здесь даны значения допустимых токов, рекомендуемые для специальных модельных проводов в термостойкой силиконовой изоляции. При нагружении максимальным током они прилично греются. Для проводов в обычной изоляции лучше уменьшить допустимый ток от выше рекомендованных значений раза в полтора.
Длина проводов от регулятора до двигателя делается как можно меньше. Дело в том, что по этим проводам коммутируются большие токи сравнительно высокой частоты. Компоненты их спектра могут попасть в радиоканал аппаратуры управления в виде помех, спровоцировав отказ системы управления.
Конденсаторы. Для уменьшения широкополосных помех, генерируемых щеточно-коллекторым узлом, используется его шунтирование керамическими или тонкопленочными конденсаторами. Один конденсатор включается между щетками, два других — между каждой щеткой и корпусом двигателя. Емкость конденсатора подбирается компромиссным путем. Дело в том, что конденсаторы большей емкости лучше подавят помехи. Но при увеличении их емкости растут коммутационные потери на ключах регулятора хода. Поэтому из благих пожеланий уменьшить помехи не надо увеличивать емкость блокирующих конденсаторов! Так можно резко снизить КПД, а то и спалить регулятор хода. А вот длину проводов надо минимизировать, потому как, в сущности, это антенны, излучающие помехи. Кстати, при проверке дальности работы аппаратуры радиоуправления, силовой мотор должен работать на 50% газа. Уровень помех при этом максимальный. Провода от аккумулятора до регулятора хода тоже не должны быть слишком длинными, но по другой причине. Если длинные провода от регулятора до электродвигателя создают радиопомехи, то слишком длинные провода от аккумулятора до регулятора создают угрозу для целостности самого регулятора хода.
Вход регулятора всегда шунтируют электролитические конденсаторы большой емкости, демпфирующие броски тока. Тем не менее, производители ограничивают максимально допустимую длину и этих проводов. Если же провода по конструкции модели должны быть длиннее, то в промежутке между регулятором и аккумулятором впаиваются дополнительные электролитические конденсаторы, шунтирующие провода питания. В некоторых случаях для снижения потерь энергии на аккумуляторе полезно добавить такие конденсаторы и с короткими проводами. Радикально это не улучшит работу силовой установки, но несколько процентов энергии за одну гонку прибавит. Поклонники отечественной элементной базы должны учитывать, что зарубежные электролитические конденсаторы обладают намного меньшей инерционностью, чем наши. Если уж хочется сэкономить, то припаяйте параллельно нашему электролиту пленочный конденсатор. Хотя такая замена неравноценна установке специальных импульсных конденсаторов. Бывает, что от механических вибраций шунтирующие вход конденсаторы отламывают свои выводы «под корешок». При замене их на отечественные надо учитывать приведенные выше соображения.
Разъемы. Между регулятором и двигателем провода, как правило, припаиваются, за исключением случаев, когда в конструкции двигателя или регулятора уже заложены разъемы. Между регулятором хода и аккумулятором приходится ставить разъем, потому что аккумулятор на электричке меняется как топливо — от старта к старту на свежезаряженный. Здесь надо применять только специальные модельные разъемы, как правило, в позолоченном исполнении. Обычные электро- или радиотехнические разъемы не рассчитаны на такие огромные токи, какие стали нормой в моделизме. Стык двухполюсный, и обязательно должен иметь механическую защиту от переполюсовки. Помните, регуляторы хода чаще всего не имеют защиты от переполюсовки. Как уже говорилось, практика показывает, что половина сгоревших регуляторов выходят из строя по этой причине. При использовании специальных отдельных разъемов типа гнездо — штекер, защиту делают так: плюс от аккумулятора распаивают на штекер, а минус — на гнездо. У регулятора хода наоборот. В этом случае защита будет обеспечена.
Выключатель. В силовых проводах обычно не делают выключателей. Все регуляторы хода рассчитаны на длительное подключение силовой части при обесточенной сигнальной. Во многих регуляторах с ВЕС имеется отдельный выключатель, который подает питание на приемник и сервомашинки. В выключенном режиме ключи регулятора хода не разряжают (практически) силовой аккумулятор. Хотя, хранить аккумулятор в подключенном состоянии не надо!
Теплоотвод. Несмотря на высокий КПД современных регуляторов хода, на них все же выделяется заметное количество тепла, которое нужно отвести. Для облегчения этой задачи некоторые регуляторы имеет небольшие пластинчатые радиаторы. Размещение регулятора хода на модели должно обеспечивать обдув его корпуса набегающим потоком воздуха. Это правило часто вступает в противоречие с необходимостью защиты регулятора от влаги и грязи на авто- и судомоделях, где их заворачивают в герметичную оболочку. Для разрешения этой проблемы лучше всего брать регуляторы, рассчитанные на меньшее количество витков, а лучше — безлимитные. Их КПД гораздо выше и они рассеивают меньше тепла. Можно, конечно, не обращать внимания на все вышесказанное, и лепить соединения, как вздумается. Но тогда и результат может быть таким:
Многомоторные модели
На моделях с электроприводом гораздо чаще, чем у моделей с ДВС, используются многомоторные силовые установки. Это связано с тем, что электродвигатель, как объект управления, гораздо ближе к идеалу силового привода, чем ДВС. В многомоторных моделях, где необходимо раздельно управлять мощностью двигателей, на каждый из них ставится свой регулятор хода. Но так бывает не у всех моделей. Во многих случаях многомоторность есть дань копийности, либо стремление получить очень большую мощность, которая не может быть обеспечена имеющимися электродвигателями в одиночном варианте. В этом случае для коллекторных моторов совсем не обязательно использовать по отдельному регулятору хода. Вполне допустимо к одному регулятору подключать и несколько электродвигателей. При этом максимально допустимый продолжительный ток регулятора должен превышать суммарный потребляемый ток всех подключенных к нему электродвигателей.
Двигатели подключаются к регулятору хода параллельно друг другу. В таком соединении на частичных режимах их характеристики выравниваются. Как это понимать?
Представьте автомодель, на которой каждое колесо ведущего моста приводится от своего электродвигателя, которые соединены параллельно и подключены к одному регулятору хода. На частичных режимах (неполного газа) выходные мощности и моменты обоих двигателей зависят друг от друга. К примеру, если момент одного из колес уменьшится, — колесо забуксовало, то крутящий момент его электродвигателя также уменьшится, а у другого двигателя — увеличится. Получается автобалансировка по мощности и моменту, аналогичная по сути работе дифференциала повышенного трения — Торсен. Как правило, такое свойство параллельного соединения очень полезно для моделей. На максимальном газу, к сожалению, автобалансировка почти не работает.
При последовательном присоединении моторов к одному регулятору хода их крутящие моменты примерно равны и слабо зависят от степени нагруженности. При буксовании одного из колес на неполном газу, момент другого, более нагруженного, двигателя даже несколько уменьшится. Такая зависимость крайне невыгодна для управляемости модели. Поэтому последовательное соединение на практике почти не используется.
А что же с бесколлекторными двигателями? Для бесколлекторников с датчиками, безусловно, необходимо ставить на каждый двигатель по своему регулятору хода. Для бессенсорных возможно (при определенных условиях) к одному регулятору подключать два двигателя. Главное условие — это благоприятный запуск двигателей, который обеспечивается малым необходимым моментом при пуске двигателей. Многие производители регуляторов хода считают такой режим нештатным, и не дают гарантии на качественную работу их изделий с двумя бесколлекторниками одновременно. Тем не менее, практика показывает вполне успешное использование одного регулятора с двумя двигателями на модели самолета. Теоретически возможный сбой при пуске на практике автором ни разу не наблюдался.
Недопустимо использовать с одним регулятором хода два бесколлекторных двигателя, если их валы жестко связаны друг с другом. К примеру, при работе через шестеренчатый редуктор на общий гребной вал.
Конструктивное исполнение регуляторов хода
Все многообразие конструкции регуляторов хода сейчас выродилось в два типа — регуляторы хода для низковольтных авто- и судомоделей делаются на одной печатной плате, помещенной в полистироловую коробочку с радиатором, или без:
Остальные типы регуляторов исполнены на одной или нескольких печатных платах, собранных в виде бутерброда в пакет и затянутых в термоусаживаемую трубку:
В регуляторах бесколлекторных двигателей на одной плате собрана схема управления, а на остальных — силовые ключи.
С одной и той же платой управления может быть собрано разное количество плат с ключами. Соответственно, разным будет и допустимый ток.
Регуляторы хода могут быть конструктивно объединены на одной плате с другой бортовой электроникой, как это сделано в пикоборте электровертолета:
Производители регуляторов хода
Регуляторы хода выпускает огромное количество моделистских фирм. Есть среди них изделия элитного плана — для спортсменов, а есть и ширпотреб. Соответственно изменяется и цена. Одним из ведущих брендов является фирма «Шульце-электроник». Хорошие регуляторы делает «Контроник», «LRP», «Jeti», «Castle Creations» и куча других. Краткий список сайтов фирм-производителей, специализирующихся на регуляторах хода:
http://www.lrp-electronic.de
http://www.teamnovak.com
http://www.schulze-elektronik-gmbh. de
http://www.kontronik.com
http://www.jetimodel.cz
http://www.castlecreations.com
Помимо них, регуляторы хода выпускают почти все крупные производители аппаратуры радиоуправления, а также многие производители автомоделей (Associated, DuraTrax, Traxxas). Многие модельные фирмы, такие как Graupner, Robbe, Great Planes, Global тоже выпускают регуляторы под собственной маркой. Даже наш отечественный «Термик» и то выпускал (сейчас — не знаю) недорогие регуляторы хода.
Рассуждая о качестве изготовления, нужно учитывать, что производитель зачастую сам только разрабатывает изделие (а иногда и это заказывает третьей фирме). Изготовление печатных плат и сборка чаще всего ведутся на Тайване. При этом на самом изделии об этом никаких следов не остается. Слоганы типа «Германское качество» или «Сделано в EU» — чистая реклама.
Принцип действия регуляторов хода
Регулятор хода включается между аккумулятором и силовым электродвигателем. Управление регулятором осуществляет канальный импульс с приемника аппаратуры радиоуправления. Напомним его параметры: период — 20 мс, длительность изменяется от 1 до 2 мс. В простейшем случае в задачу регулятора входит регулирование потока мощности от аккумулятора к двигателю. При длительности канального импульса 1 мс — двигатель выключен, при 2 мс — двигатель развивает максимальную мощность. В промежутке мощность плавно изменяется. Как это происходит?
Прежде чем перейти к структурной схеме регулятора хода, отметим, что сейчас выпускаются исключительно импульсные регуляторы с широтно-импульсным регулированием. Другие варианты регулирования морально устарели и в наше время в моделизме не используются. Поэтому мы о них говорить не будем. Силовые электродвигатели бывают с коллектором и без. Соответственно, регуляторы хода можно разделить на два типа — для коллекторных двигателей и для бесколлекторных двигателей. Некоторые из регуляторов второго типа могут работать и с коллекторными моторами. Но не наоборот! Руководствуясь принципом от простого к сложному, мы расскажем вначале о работе простейшего регулятора коллекторного электродвигателя. Вот типовая структурная схема его включения:
Г — управляющий генератор;
К — силовой ключ;
D — диод;
М — электродвигатель;
А — аккумулятор.
Канальный импульс поступает на управляемый генератор импульсов Г. Частота импульсов постоянна, а вот их длительность зависит от длительности входного канального импульса таким образом:
При длительности выходного импульса 0% — на выходе генератора их просто нет — там низкий уровень управляющего ключом сигнала. Ключ К — закрыт, ток через двигатель М не течет.
При длительности выходного импульса 100% от периода на выходе генератора тоже импульсов нет, но уровень управляющего ключом сигнала высокий. Ключ К — открыт и все напряжение от аккумулятора А приложено к двигателю М. Он развивает при этом максимальную мощность.
При промежуточном значении длительности канального импульса на выходе генератора присутствуют импульсы длительностью, определяемой по выше приведенному графику. Скажем, при канальном импульсе 1,5 мс на выходе генератора присутствуют импульсы, длительность которых составляет половину периода. Соответственно, ключ К половину периода открыт, половину — закрыт. Напряжение в т. 1 повторяет эту форму. Дотошный читатель может сказать, что на двигатель энергия подается импульсами, а значит, он должен дергаться и, дергаясь, крутиться в одну сторону. Чтобы понять, почему этого не происходит, придется немного вспомнить устройство и работу коллекторного двигателя постоянного тока. В школе все мы учили, что такой двигатель состоит из магнитного статора и ротора — в простейшем случае проволочной рамки, по которой течет ток. Магнитное поле статора взаимодействует с магнитным полем рамки так, что на нее начинает действовать сила Лоренца, пропорциональная согласно одноименного закона току в рамке. То есть момент ротора пропорционален току, а не напряжению. Обратим внимание, что рамка на магнитном сердечнике ротора обладает заметной индуктивностью L и сопротивлением R. Вспомним также, что коллекторная машина постоянного тока обратима. Если подать на нее напряжение — она работает как двигатель. Если же, наоборот, к ней подключить нагрузку и начать вращать ее ротор, то машина станет генератором, а в нагрузку потечет ток. Так вот, даже когда машина работает как двигатель, в обмотках ее ротора появляется напряжение Е, пропорциональное оборотам ротора. Для чего мы так долго и нудно рассуждали? Для того, чтобы нарисовать эквивалентную схему электродвигателя постоянного тока:
Для тех, кто не знает, что такое эквивалентная схема: вы не найдете в электродвигателе ни отдельной катушки, ни резистора, ни источника напряжения. Каждый миллиметр обмотки содержит и то, и другое, и третье. Собрав отдельно индуктивности, сопротивления и наведенное напряжение, мы получим эквивалентную схему, которая будет работать в цепи точно так, как настоящая обмотка ротора. Теперь посмотрим, как потечет ток через двигатель, когда ключ открыт:
Заметьте, что ток течет против направления напряжения, наведенного в обмотках — это и есть полезная работа тока по вращению ротора. На сопротивлении часть энергии тока превращается в тепло — эта часть вредная, снижающая КПД двигателя. На индуктивности часть энергии запасается в магнитном поле катушки. Источником энергии для всех трех компонент здесь является аккумулятор.
Когда ключ закрывается, ток не прекращает свое движение и схема выглядит так:
Как видите, ток через двигатель продолжает течь в прежнем направлении. Источником энергии для него служит магнитное поле индуктивности, а диод — замыкает цепь в паузе, когда ключ К закрыт.
Поскольку вращающий момент ротора создает ток, а не напряжение на роторе, вам понятно, почему при импульсном питании двигателя двигатель не дрожит. Чтобы индуктивность могла запасать энергию и отдавать ее, ток через нее должен соответственно возрастать и убывать. Для уменьшения пульсаций тока индуктивность должна быть больше (больше суммарная запасенная энергия), а период импульсов меньше — меньше порции энергии, перекачиваемой туда — сюда. Так мы пришли к важнейшему принципу определения необходимой частоты работы регулятора хода. Она должна быть тем больше, чем меньше индуктивность обмоток ротора и больше мощность мотора.
А что будет, если частота генератора ниже оптимальной?
Энергии, запасенной в индуктивности обмоток двигателя в течение импульса, не будет хватать для сглаживания пульсаций тока в паузе между импульсами. Появится заметное дрожание ротора. Но это не страшно. Плохо другое: — уменьшится мощность двигателя, поскольку полезную работу совершает только постоянная компонента импульсного тока. Переменная же будет рассеиваться на магнитопроводе двигателя, нагревая его. Упадет КПД в связке регулятор хода — электродвигатель. Причем виновным окажется неправильно подобранный регулятор хода, а греться будет двигатель.
Техническая реализация
Итак, мы рассмотрели принцип действия простейшего регулятора хода коллекторного модельного двигателя. Из чего и как делаются компоненты рассмотренной блок схемы? Исторический аспект здесь мы упоминать не будем. Управляемый генератор Г во всех без исключения современных регуляторах хода делается на программируемом микроконтроллере. Характеристика зависимости длительности импульсов управления ключом от длительности входного канального импульса формируется программным путем. В качестве коммутирующего силового ключа в регуляторах хода используются исключительно полевые транзисторы с изолированным затвором и каналом вертикальной структуры. За рубежом, да и у нас, их называют MOSFET-транзисторами. Они характеризуются низким сопротивлением в открытом состоянии и высоким быстродействием. В маломощных регуляторах хода может стоять один транзистор. Однако, как правило, для снижения сопротивления в открытом состоянии и увеличения максимального коммутируемого тока в параллель ставится много таких транзисторов — до 16 штук. Чаще всего используются n-канальные транзисторы, поскольку они при равной с p-канальными стоимости имеют меньшее сопротивление в открытом состоянии и больший максимально допустимый ток. В обычных регуляторах используются транзисторы в корпусах ТО-220. В особо миниатюрных, а также регуляторах мощных бесколлекторных двигателей — в корпусе SO-8.
Тормоз. Электродвигатель на больших оборотах обладает приличной кинетической энергией. Как и куда она девается при торможении?
В регуляторах хода, реализующих функцию торможения, помимо ключа, дозирующего подачу энергии на двигатель от аккумулятора, ставится еще один ключ, параллельно двигателю:
Алгоритм функционирования тормозов такой: Когда управляющий канальный импульс находится в положении «Стоп» ключ К закрыт, а ключ К2 открыт. Мы помним, что при вращении ротора коллекторной машины постоянного тока она работает как генератор. Поэтому, если попытаться покрутить ротор двигателя, то вырабатываемая им энергия потечет через ключ К2. Ротор проворачиваться будет, но с заметным усилием, тем большим, чем больше скорость раскрутки ротора. При переводе джойстика передатчика в положение «Ход» начинает работу генератор импульсов регулируемой длительности, открывающий ключ К. Ключ К2 при этом закрывается. Двигатель начинает раскручиваться. Если после этого джойстик передатчика перевести снова в положение «Стоп», то ключ К закрывается, а ключ К2 открывается. Вырабатываемая энергия течет через открытый ключ К2 и превращается в тепло как на сопротивлении ключа, так и на сопротивлении обмоток самого двигателя. Кинетическая энергия ротора быстро перекачивается в тепловую. Поскольку сопротивление ключей маленькое, токи торможения получаются очень большими. На мощных регуляторах, чтобы не допустить перегрузки ключей и двигателя торможение делают не сразу резким, а плавным. Для этого в начале торможения ключ К2 управляется также от генератора импульсов переменной длительности. В низковольтных регуляторах хода в качестве тормозящих ключей чаще используют p-канальные MOSFET-транзисторы, потому что ими проще управлять. При использовании n-канального транзистора для управления делают схему смещения потенциала или ставят специальную микросхему — драйвер ключа. Наряду с возможностью торможения, дополнительный ключ, параллельный двигателю, избавляет от необходимости установки отдельного диода, имевшегося на схемах в начале статьи. Дело в том, что современные силовые MOSFET-транзисторы имеют внутри встроенный интегральный диод, который с успехом справляется. Тормозной ключ также выполняют из нескольких транзисторов, соединенных в параллель. Как правило, их меньше, чем в ключе К. Для гоночных автомоделей некоторые производители встраивают в регулятор хода имитацию ABS-тормозов больших автомобилей. Заключается она в прерывистом торможении. Имитацией потому, что никакого слежения за вращением колес здесь нет. Ее эффективность эквивалентна случаю, когда мы, едучи в настоящем автомобиле по скользкой дороге, прерывисто тормозим. Иногда это выручает. Но это не настоящая ABS.
Реверс. Реверсивные регуляторы хода (нереверсивные регуляторы называют еще прямоходными ) устроены так:
Как видно из схемы, электродвигатель включен в диагональ моста из ключей. При открытии ключей К1 и К3 двигатель вращается в прямом направлении:
а при открытии К2 и К4 — в обратном:
Как правило, в верхних плечах моста используются p-канальные транзисторы, а в нижних n-канальные. К1 либо К2 открыт в течение всего времени вращения двигателя в одном направлении. К3 либо К4 открывается импульсным сигналом регулируемой длительности, который плавно изменяет подаваемую на двигатель мощность. Из соображений экономии, как правило, реверсивные регуляторы делают несимметричными. В плечах моста для прямого хода К1 и К3 ставят в параллель гораздо больше транзисторов, чем в плечах К2 и К4 обратного хода. Чтобы регулятор при этом не сгорел от перегрузки при длительном реверсе, в некоторых регуляторах вводят автоматическое ограничение времени реверса. У одной из линеек реверсивных регуляторов LRP оно составляет около 5 секунд. Этого хватает, чтобы модель автомобиля отъехала назад от препятствия. А ключи перегреться не успеют.
Из схемы включения уже видно, что при равном количестве ключей в каждом плече, прямоходный регулятор обладает вдвое меньшим внутренним сопротивлением, чем реверсивный, хотя заметно дешевле его, так как использует почти вчетверо меньше дорогих MOSFET-транзисторов. К примеру, популярный регулятор серии Квантум от LRP в прямоходном исполнении имеет сопротивление 6 мОм, а в реверсивном 30 (ключей в плече у него меньше). Таким образом, не стоит применять реверсивные регуляторы там, где они не очень нужны. Это — деньги на ветер.
Динамическое торможение в реверсивном регуляторе делается открытием ключей обоих нижних плеч моста при закрытых верхних:
ВЕС. ВЕС представляет из себя чаще всего простейший параметрический стабилизатор на 5 вольт на дискретных элементах, либо в интегральном исполнении (т.н. линейный стабилизатор). Здесь может быть проблема с перегрузкой мощными сервомашинками этого стабилизатора с просадкой напряжения и последующим отказом системы радиоуправления. Подробнее об этом написано в статье про сервомашинки.
Опторазвязка. В мощных регуляторах на повышенные напряжения — от 15 до 36 банок аккумуляторов встраивают гальваническую развязку силовых цепей от цепей приемника системы радиоуправления. Это делается для того, чтобы мощные импульсные помехи из силовой части регулятора и двигателя не попали на входные высокочувствительные цепи приемника. В этом случае типовая входная цепь регулятора выглядит так:
Для развязки используется, как правило, обычный диодно-транзисторный оптрон. В этом случае о ВЕС-системе говорить не приходится, а на модели стоит отдельный бортовой аккумулятор.
Принцип работы регулятора бесколлекторного электродвигателя
Во введении мы упоминали, что на моделях применяются только электродвигатели постоянного тока с возбуждением только от постоянных магнитов и с коллектором или без. Прежде чем перейти к бесколлекторным регуляторам, посмотрим, что делает коллектор в двигателе и чем он плох. В сущности, задача коллекторно-щеточного узла проста: при определенном положении ротора подавать напряжение с аккумулятора на определенные секции его обмоток. Плох же коллектор тем, что он изнашивается, причем тем быстрее, чем больше мощность мотора. Разрушению его элементов помимо простого механического износа способствуют много факторов, к которым можно отнести повышенную температуру, электроэрозионные процессы, загрязнение продуктами износа щеток и т.п. Кроме того, на этот узел приходится значительная часть потерь энергии, снижающей суммарный КПД электродвигателя. Чтобы решить все проблемы разом, придумали передать функции переключения обмоток в зависимости от положения ротора регулятору хода. В электродвигателе обмотки и постоянные магниты поменяли местами. Т.е. на ротор переместились постоянные магниты, а обмотки размещены в пазах неподвижного статора. Все секции обмоток соединены в три группы (три фазы), которые могут присоединяться к регулятору хода звездой или треугольником:
Достоинства обоих видов соединения мы здесь рассматривать не будем, это предмет моторостроения. Помимо этого, в двигатель встраиваются три датчика положения ротора. Они бывают на основе оптопары с открытым оптическим каналом, но чаще — на основе датчиков Холла. Схема включения при этом выглядит так:
Как видите обмотки двигателя, соединенные звездой подключены к трехфазному мосту из ключей К1-К6. Управляет ключами моста специальный контроллер К. Информацию о положении ротора он получает от датчиков Д1-Д3. Контроллер трудно выполнить на основе программируемого микроконтроллера, поскольку для коммутации нужно высокое быстродействие. Поэтому в серийных регуляторах хода бесколлекторных двигателей ставят специализированную микросхему — ASIC (например, в регуляторах фирмы Schulze), либо программируемую логическую интегральную схему — ПЛИС- FPGA (например, в регуляторах фирмы Kontronik). Можно собрать ее и на дискретных элементах, но это сложно и громоздко. В последнее время появились довольно скоростные микроконтроллеры с тактовой частотой в десятки мегагерц. На их основе можно сделать программным путем контроллер для не слишком скоростных электродвигателей. Весьма перспективно формировать контроллер на базе программируемых сигнальных процессоров — DSP. Пример такого решения можно посмотреть здесь: http://www.2mslbldc.g4g-server.com/bauunterlagen.html. Как видно из описания, применение DSP резко упрощает изготовление регулятора хода, низводя его до сложности элементарного регулятора коллекторного двигателя, что очень привлекательно для самостоятельной его сборки.
В контроллере зашито несколько вариантов коммутации, включающих прямой ход, реверс, торможение, отключение обмоток. Что именно должен делать контроллер, ему подсказывает устройство управления У, которое анализирует длительность канального импульса. Здесь же формируются импульсы переменной длительности для регулирования мощности двигателя. Управляют они через контроллер К ключами только нижних плеч трехфазного моста, аналогично реверсивным регуляторам коллекторных двигателей. Устройство У реализуется на обычном микроконтроллере. Силовые ключи, как и в обычных регуляторах хода, формируются из нескольких MOSFET-транзисторов. В одном из регуляторов Kontronik-а в каждом плече стоит по 16 транзисторов. Всего в регуляторе получается 16*6=96 транзисторов! Вот почему они такие дорогие. Чтобы регулятор получился компактным и легким, транзисторы берутся в миниатюрном корпусе SO-8. Для управления таким множеством ключей используют специальные микросхемы-драйверы ключей. Как правило, в регуляторах бесколлекторных двигателей присутствуют все описанные выше сервисно-защитные функции.
Когда ротор двигателя вращается, в его обмотках наводится напряжение, которое можно использовать для определения положения ротора. Эта идея реализована в регуляторах хода бесколлекторных электродвигателей, которым не нужны датчики положения ротора. Вместо них используются обмотки статора. Типовая схема определения момента коммутации обмотки для одной фазы выглядит так:
В схеме используется компаратор и делители напряжения на резисторах. В качестве компаратора большинство фирм использует микросхему L339. Поскольку на напряжение наводки накладывается поданное с аккумулятора на обмотки тяговое напряжение, результат компарирования необходимо стробировать в контроллере, — принимать только тот переход через 0, который не совпадает по времени с коммутированием обмоток. Впрочем, если это уже не понятно, то не стоит ломать голову. Важно одно: пока ротор не вращается, такое определение положения не работает. Чтобы запустить неподвижный двигатель, вводится режим пуска. Контроллер начинает переключать обмотки последовательно, независимо от положения ротора с небольшой скоростью. Как только ротор сдвинется, появится обратная связь, и двигатель выйдет на режим.
Конструктивно двигатель без датчиков проще, чем с датчиками. Но у этой системы есть и недостатки. Такие электродвигатели плохо стартуют, не развивая с места полного вращающего момента, что, к примеру, для автомоделей крайне важно. При перегрузке на низких оборотах система определения положения ротора без датчиков работает ненадежно. На разных оборотах оптимален разный сдвиг фаз между сигналом обратной связи и моментом коммутации обмоток. Особо продвинутые регуляторы хода это учитывают. В двигателях с датчиками это учитывается автоматически. Наконец, регулятор хода, не требующий датчиков, сложнее и дороже. На летающих моделях применяются в основном бессенсорные двигатели и регуляторы. На автомоделях — с датчиками.
Теоретикам
Для моделистов, которым интересно не только запускать радиоуправляемые модели, но и понимать суть происходящих внутри процессов, может быть интересен данный раздел.
Известно, что внешняя нагрузочная характеристика электродвигателя постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов сильно зависит от режима его питания. Поэтому многие моделисты спрашивают, что именно регулирует импульсный регулятор хода: — напряжение, подаваемое на электродвигатель, или его ток?
Формат статьи не позволяет привести здесь подробные теоретические выкладки. Поэтому перейдем сразу к выводам. Как это ни парадоксально, но с точки зрения нагрузочных характеристик электродвигателя, импульсный регулятор хода эквивалентен примитивному реостатному регулятору, упомянутому во введении к статье. Т.е. импульсный регулятор хода регулирует не напряжение, подаваемое на двигатель, и не его ток. Он регулирует сопротивление источника питания двигателя, а значит, подаваемую на него мощность.
Сразу оговоримся, что идеальный импульсный регулятор хода эквивалентен регулируемому балластному реактивному сопротивлению. Чем реактивный балласт отличается от активного? Тем, что на нем не рассеивается энергия. Действительно, через идеальный регулятор течет ток в те моменты, когда падение напряжения на нем равно нулю. Когда же падение напряжения на регуляторе не равно нулю — ток через него не течет. Поэтому интеграл от произведения мгновенных значений тока на напряжение на любом интервале времени будет равен нулю. Для переменного тока реактивные балласты широко известны и применяются, например, в люминесцентных лампах дневного света. Кстати, за рубежом повсеместно переходят на питание люминесцентных ламп от выпрямленного (постоянного) напряжения через импульсный реактивный балласт, совершенно аналогичный регулятору хода. На нашем сайте как-то предлагался зарядник аккумуляторов с набором реактивных балластов на конденсаторах — типовое решение для простейших сетевых зарядников.
Для электродвигателя без разницы, реактивный или активный балласт регулирует его мощность. Главное — он изменяет сопротивление источника питания двигателя.
Современные модельные электродвигатели обладают довольно жесткой внешней характеристикой при питании от стабильного источника напряжения. Особенно это характерно для двигателей с редкоземельными магнитами. Косвенно коэффициент жесткости внешней нагрузочной характеристики электродвигателя можно оценить по отношению тока заблокированного ротора к току при максимальном КПД. Для ферритовых моторов это значение колеблется около 7-8. Для самарий-кобальтовых и неодимовых моторов, как правило, больше 10.
Однако жесткость нагрузочных характеристик будет наблюдаться только на максимальном газу. По мере уменьшения газа, эквивалентное сопротивление источника для электродвигателя растет, и нагрузочная характеристика двигателя становится мягче. Ток блокировки падает быстрее тока максимального КПД. При этом обороты холостого хода уменьшаются незначительно. Плохо это или хорошо? Смотря для чего. С точки зрения снижения токовых перегрузок на пусковых режимах это неплохо. Мягкая нагрузочная характеристика облегчает плавность регулирования ускорением модели, придает ей этакую вальяжность. Вместе с тем, страдает разгонная динамика. Для гоночных автомобилей на сухом покрытии с хорошим сцеплением полезно иметь силовую установку с хорошей динамикой раскрутки. Чтобы компенсировать умягчение характеристики, в продвинутых автомобильных регуляторах вводят перерегулирование при динамичных перемещениях курка газа. Как это происходит, лучше пояснить на графике движения курка газа передатчика и мощности, подаваемой на двигатель.
Здесь черная линия — команда на управление газом от курка, красная — фактически подаваемая мощность на двигатель.
По внешнему эффекту такое перерегулирование напоминает систему kick-down в крутых автомобилях с автоматической КПП. Там при резкой даче газа автомат переключается на ступень вниз с одновременным обогащением смеси в двигателе на мощностной режим. При этом разгон автомобиля резко улучшается. Величина перерегулирования устанавливается при настройке многофункциональных регуляторов хода в числе других параметров, либо имеется в наборах предустановленных параметров под определенные трассы. На скользком покрытии такое перерегулирование очень вредно, поскольку провоцирует срыв колес в занос. Впрочем, на настоящих автомобилях происходит так же — включение режима kick-down на обледенелой дороге неотвратимо приведет к заносу. У винтовых движителей моделей — гребных и воздушных винтов — нет такой жесткой механической связи со средой, как в автомодели, поэтому для них нет необходимости компенсировать умягчение характеристики электродвигателя.
Заключение
В заключение, о традиционном философском вопросе моделиста — брать готовый регулятор, или делать самому. В отличие от редких случаев успешной самодельной аппаратуры радиоуправления, самодельные регуляторы хода гораздо более распространены. Особенно для обычных коллекторных двигателей. Это изделие принадлежит к той категории электроприборов, которые, будучи грамотно спроектированы и без ошибок смонтированы из заведомо годных деталей, не требуют настройки и регулировки, а работают сразу. Можно ли на этом сэкономить? Можно, и прилично. Поэтому, умеющие держать паяльник в руках, — дерзайте.
По регуляторам бесколлекторных двигателей — это несколько сложнее. Оцените сначала, посильна ли для вас технология их монтажа и сборки? Весьма плотный SMD-монтаж требует специальных навыков работы. Это тоже возможно, но не любыми руками. Да и времени потребует несопоставимо больше. В промышленных условиях монтаж плат ведет автомат, и только сборка плат в пакет идет вручную. Трудно соревноваться с умными машинами.
При самостоятельной разработке оригинальных схем нужно учитывать много особенностей современной силовой электроники. Иначе будет дым и разочарование.
Что касается ремонта регуляторов хода — это дело по силам многим. Автор отремонтировал десятки различных регуляторов как обычных, так и бесколлекторных моторов. Если платы не выгорели в дым — все можно восстановить.
Обсудить на форуме Вертолетный двигатель
и принцип его работы
Одним из наиболее распространенных сегодня вертолетных двигателей является турбовальный двигатель .
Турбовальный двигатель фактически является реактивным двигателем и обычно работает на топливе на основе керосина. Существует много вариантов турбовальных двигателей, но все они следуют основным концепциям и принципам. Для простоты я буду иметь в виду двигатель, используемый в Bell 206 JetRanger. Роллс-Ройс Эллисон 250/c20J.
Рабочий цикл газотурбинного двигателя аналогичен циклу поршневого двигателя. Есть впуск, сжатие, горение и выхлоп. Основное отличие состоит в том, что, в отличие от поршневого двигателя, циклы газотурбинных двигателей непрерывны. В отличие от авиационных реактивных двигателей, где выхлопные газы обеспечивают тягу, выхлопные газы турбовального двигателя вертолета перехватываются турбиной, которая передает энергию этих газов на редуктор, обеспечивающий мощность вертолета.
Жизненно важно, чтобы вы научились не перегружать двигатель и не перегревать его, так как это может иметь катастрофические последствия для того, кто летит на нем, недели или даже месяцы спустя. Неправильное использование двигателя не обязательно приведет к немедленной проблеме.
Запуск двигателя вертолета вызывает большую нагрузку на компоненты, чем любая другая операция, из-за теплового удара и износа. По этой причине стартовые циклы подсчитываются и записываются в технический журнал после каждого полета. Поскольку вертолеты, как правило, летают в течение более коротких периодов времени по сравнению с самолетами, возможно, что двигатель может достичь предела количества запусков до того, как он достигнет предела полезного срока службы. Запуск стоит дорого, поэтому лучше оставить двигатель включенным на десять минут, ожидая пассажира, а не глушить двигатель, а затем снова запускать.
Запуск двигателя полностью зависит от аккумулятора или вспомогательной силовой установки (ВСУ). Двигатель должен вращаться достаточно быстро, чтобы через турбину проходил достаточно холодный воздух, в противном случае она станет очень горячей и повредит внутренние компоненты. Слабая батарея может разрядиться до того, как процесс горения станет самоподдерживающимся, и это будет иметь катастрофические последствия.
A «Зависший старт» может произойти, если двигатель не разгоняется, а число оборотов остается постоянно низким. Это расходует заряд батареи, и если батарея разряжается, двигатель замедляется, все меньше и меньше холодного воздуха проходит через двигатель, и, следовательно, температура в камере сгорания становится очень высокой в течение нескольких секунд, вызывая много повреждений. .
A «Мокрый пуск» эквивалентно залитому двигателю, когда воспламенитель не смог воспламенить топливо. Подождите не менее 5 минут, а затем прокачайте двигатель. Поскольку батарея уже частично разряжена из-за неудачного запуска и вентиляции, вероятно, будет хорошей идеей получить внешний запуск с помощью APU, чтобы убедиться, что у вас не разрядится при следующей попытке запуска.
Если вы будете точно следовать контрольному списку, то у вас не должно возникнуть проблем с запуском двигателя вертолета каждый раз. Наиболее частая причина, по которой я видел горячий запуск, — это пилоты с недостаточным временем запуска двигателя с уже частично (или полностью) открытой дроссельной заслонкой.
Поэтому крайне важно дважды проверить, полностью ли закрыта дроссельная заслонка, прежде чем нажимать кнопку стартера.
Турбинным двигателям требуется время для «раскрутки» или «раскрутки вниз» при изменении мощности. По этой причине вы должны очень плавно управлять дроссельной заслонкой, чтобы предотвратить «помпаж» двигателя. Помпаж может произойти, когда поток воздуха над лопастями компрессора нарушается, что приводит к их остановке. Это приводит к громким хлопкам (похожим на выстрелы дробовика) и очень заметной вибрации двигателя. Немедленно отключитесь, если это произойдет во время запуска.
Воздухозаборник
Воздухозаборник предназначен для стабилизации воздуха перед его подачей в компрессор. В этом месте может быть установлен сепаратор частиц для удаления любых посторонних веществ, таких как пыль или песок, которые могут вызвать эрозию лопаток компрессора.
Компрессор
Компрессор состоит из ряда лопастей и крыльчатого (или центробежного) компрессора. Он предназначен для забора большого количества воздуха и его сжатия перед направлением в секцию сгорания.
Двигатель JetRanger оснащен шестиступенчатым осевым компрессором и компрессором с одной крыльчаткой.
В осевом компрессоре каждая ступень отделена лопатками статора, чтобы воздух попадал на следующие лопатки под правильным углом. Когда воздух проходит мимо этих лопастей, он сжимается все больше и больше. Давление повышается, а его скорость уменьшается.
Центробежный компрессор отводит воздух наружу в каналы, ведущие к секции сгорания, при этом дополнительно сжимая воздух.
Во время запуска имеется выпускной клапан, который открывается и позволяет части воздуха выйти из компрессора. Это облегчает разгон двигателя и потребляет меньше энергии от аккумулятора. Когда двигатель достигает устойчивой скорости, клапан автоматически закрывается.
Из-за высоких температур сжатого воздуха в компрессорной части (до 250 градусов Цельсия) этот воздух используется для обогрева салона и для защиты от обледенения. Система защиты от обледенения использует воздух из задней части компрессора и направляет его через корпус компрессора и входные направляющие лопатки для предотвращения образования на них льда. При использовании защиты от обледенения будет небольшое повышение температуры на выходе из турбины (TOT).
Секция сгорания
В этой секции топливо смешивается с воздухом и воспламеняется. Воздуховоды имеют такую форму, что пламя никогда не соприкасается с металлическим корпусом, а вместо этого находится внутри кожуха более холодного воздуха. Большая часть воздуха используется для охлаждения.
2.972 Как передается мощность в вертолете
КАК ЭТО СИЛА ПЕРЕВОЗИМ НА ВЕРТОЛЕТЕ
ВОПРОСЫ ИЛИ КОММЕНТАРИИ
АВТОР:
Мигель Анхель Чавес
ЭЛЕКТРОННАЯ ПОЧТА:
mike49@mit. edu
КУРС:
2
КЛАСС/ГОД:
2
ОСНОВНОЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ТРЕБОВАНИЕ: Для передачи энергии вращения от вала двигателя небольшого обычного вертолета к привода несущего и рулевого валов.
КОНСТРУКТИВНЫЙ ПАРАМЕТР: Система передачи энергии. Варьируется от вертолета к вертолету, но я представлю наиболее распространенный тип для небольших обычных вертолетов.
ГЕОМЕТРИЯ/СТРУКТУРА:
Рисунок 1
ОБЪЯСНЕНИЕ КАК ЭТО РАБОТАЕТ/ПРИМЕНЯЕТСЯ:
Целью системы передачи энергии вертолета является отбирать мощность у двигателя и передавать ее другим компонентам, которые обеспечивают питание и контроль вертолет. Трансмиссия принимает мощность двигателя (крутящий момент при определенной угловой скорости) и передает ее роторам с другой угловая скорость и крутящий момент (для предотвращения повредить систему). Остальные компоненты являются основными и коробки передач хвостового винта.
В зависимости от компоновки вертолета другие приводные валы и коробки передач могут быть необходимы в различных местах. Несущий винт редуктор служит для уменьшения скорости вращения вала двигателя. Это для предотвратить вращение кончиков лопастей быстрее, чем скорость звука. Это нежелательно, так как потребует лезвия должны быть чрезвычайно прочными и быть очень громким! Обычно частота вращения несущего винта составляет около 1/7 оборотов двигателя, но это зависит от модели. Редуктор хвостового винта имеет те же функции, что и коробка передач несущего винта, хотя лопасти рулевого винта могут вращаться с выше скорость вращения, так как длина лопастей намного меньше (скорость острия = радиус * угловая скорость).
Хотя муфты различаются в зависимости от модели, наиболее распространены две ременной и центробежной компоновки. Как, например, в вертолете R22 фирмы Robinson расположение сцепления такое с ременным приводом. В таком расположении, которое в основном встречается на небольших вертолетах, шкив на вал двигателя соединен со шкивом на ведущем валу, идущем к шестерне несущего винта коробка и редуктор рулевого винта. См. рис. 1. Всего имеется шесть шкивов и ремней рядом. Ремни свободно прилегают к двигателю и шкивы приводного вала. Чтобы шкив вала двигателя приводил в движение верхний шкив, пилот вертолета должен двигать регулируемый шкив, называемый ленивцем, и толкать его против ремней. Это, в свою очередь, натягивает ремень и позволяет шкив вала двигателя для привода ведущего вала. Регулируемый шкив толкается против ремней с помощью рычага, активируемого пилотом, на старых моделях или с помощью электродвигателя на более новые.
На верхнем шкиве имеется обжимная муфта. Всякий раз, когда вал двигателя приводя вал в верхний шкив, ролики внутри муфты выталкиваются наружу барабана и не допускайте, чтобы верхний шкив превышал скорость вращения вала двигателя. Это сцепление служит агрегат свободного хода. т.е. всякий раз, когда вал двигателя начинает вращаясь с меньшей скоростью, чем вал главного ротора (например, двигатель останавливается), ролики внутри муфта перемещается внутрь и позволяет внешнему барабану вращаться со скоростью, превышающей скорость внутреннего часть. Эта характеристика муфты кулисы могла позволить пилоту посадить вертолет. безопасно, если двигатель заглох или просто перестал работать.
Рисунок 2
Собирательный и циклический рычаги управления вертолетом. Эти двое управлять движением системы автомата перекоса. См. рис. 2. Он состоит из двух пластин. разделены шарикоподшипниками. Верхняя пластина свободно вращается. Нижняя пластина представляет собой пластина невращающаяся и может двигаться вертикально и наклоняться в любом направлении. Пилот может влиять вертикальное положение плит перемещением общего рычага и наклоном через циклический рычаг. Рычаг циклического управления может наклонять автоматы перекоса в любом направлении. вращающаяся пластина имеет шаговые звенья, соединяющие ее с шаговыми рожками на лопасти. Это позволяет вращающаяся пластина для изменения угла каждой лопасти. Регулируя коллективный контроль рычагом, пилот может перемещать неподвижную пластину вверх и изменять угол атаки лезвие. Если он увеличен (до угла срыва), подъем вертолета.
Рисунок 3
Следует отметить, что взаимодействие между вращающейся пластиной над неподвижной пластиной создается крутящий момент, заставляющий вертолет вращаться в противоположную сторону лезвия. На обычном вертолете здесь вступает в действие хвостовой винт. Хвост ротор служит «противокрутящим ротором», который противодействует крутящему моменту, создаваемому вращающаяся вращающаяся пластина и лопасти. См. рис. 3. Для поворота пилот либо увеличивает угол атаки на лопасти хвостового винта для вращения в одну сторону или уменьшает его для вращения другой путь.
[Мигель, следующее будет удалено, если не указано иное просил, я не вижу, как это применимо к вышеизложенному] Чтобы понять, как работает цикличность, понятие гироскопической прецессии нужно понять. Чтобы упростить это, подумайте о вращении лезвия как о вращающемся диске. Гироскопическая прецессия просто утверждает, что если у вас есть вращающееся тело, в данном случае диск, и сила приложена параллельно его оси вращения, произойдет максимальный наклон диска направление силы, 90 градусов после точки приложения силы. См. рис. 4. В случае с вертолетом направление наклона автоматов перекоса будет определять его положение. направление движения.
Schweizer: Руководство для пилотов вертолетов, разработанное JEPPESEN Sanderson Training Products
Что делают пилоты вертолетов, когда у них выходит из строя двигатель
Многие люди, в том числе некоторые пилоты самолетов, приходят в ужас от одной мысли о неисправности двигателя вертолета. Они знают, что при отказе двигателя самолета можно приземлиться, переведя самолет в режим планирования. Но у вертолетов нет крыльев и, следовательно, они не планируют, поэтому они предполагают, что отказ двигателя вертолета всегда приводит к катастрофе со смертельным исходом. Я несколько раз слышал следующее или что-то в этом роде: «Вертолеты? Вы бы не застали меня ни в одном из них. Если двигатель заглохнет, значит, у вас это получилось — они просто падают с неба». В самом деле, если бы я получал по центу каждый раз, когда слышу это или что-то в этом роде, возможно, я не был бы богат, но, вероятно, смог бы позволить себе летать намного чаще.
Миф — и это действительно миф — о том, что вертолеты падают как камень, если выходит из строя двигатель, довольно широко распространен и увековечен в книгах и фильмах. На самом деле, книга известного писателя-триллериста была испорчена для меня описанием вертолета, который потерял управление и врезался в деревья внизу после того, как отказал двигатель. Очень жаль — история была бы гораздо убедительнее и куда более захватывающей, если бы пилот совершил идеальную посадку с выключенным двигателем на крохотную полянку в лесу. Ибо, в действительности, именно это он и сделал бы и, вероятно, сделал бы успешно.
Так что же делать, если вы летите, а у вертолета отказал двигатель? Как можно выполнить посадку вертолета с выключенным двигателем или «авторотацию», как это обычно называют?
Что такое авторотация и как она выполняется?
В вертолете вращение роторов обеспечивает полет машины, поэтому то, что мы называем об/мин ротора (что означает число оборотов в минуту), имеет решающее значение. Теперь обычно двигатель вертолета поддерживает вращение роторов. Роторы похожи на вращающиеся крылья и создают подъемную силу, удерживающую вертолет в воздухе.
Если двигатель вертолета выйдет из строя и ничего не будет сделано, роторы остановятся. Так что нам нужно что-то еще, чтобы предотвратить падение оборотов ротора, и нам нужно это быстро. Пока мы сможем восстановить обороты несущего винта, вертолет будет летать — он не упадет с неба и не разобьется.
Итак, как только появляется хоть какое-то указание на снижение оборотов несущего винта – а обычно есть сигнальная лампа и гудок – вертолет переводят в крутой спуск, немедленно максимально опуская коллектив. Как только вертолет начинает снижаться, воздух снизу проходит через винты и заставляет их вращаться, что-то вроде ветряной мельницы или листа платана. Вертолет теперь установлен в том, что известно как ‘ авторотация’. Он будет снижаться довольно быстро, обычно со скоростью около 1700 футов в минуту. Но это будет сходить под контроль. Пилот может выбрать, куда лететь, решить ускориться или замедлиться, развернуться против ветра и выбрать безопасную площадку для посадки.
На высоте около 40 футов пилот запускает плавную ракету, чтобы остановить скорость снижения. Затем вертолет выравнивают на высоте примерно от пяти до десяти футов, и в последний момент коллектив поднимают, чтобы смягчить приземление. Если это сделано правильно, вертолет мягко приземлится, возможно, с коротким разбегом при касании земли.
Это описание авторотации вертолета звучит довольно просто. На самом деле все не так уж и сложно. Вы не чувствуете, как будто вертолет падает с неба. Студенты, изучающие авторотацию, не заканчивают каждый урок шатаясь и выглядя немного зеленым. На самом деле, в школе, где я преподаю, я часто удивляю учеников пробного урока, заканчивая тренировочной авторотацией на аэродром, и не говорю им об этом до конца. Многие даже не осознают, что произошло что-то из ряда вон выходящее. Но, как и при посадке с выключенным двигателем в любом самолете – да и почти при любом летном маневре – авторотация требует практики, и есть ряд факторов, которые необходимо учитывать. Итак, давайте теперь посмотрим, как студенты учатся делать авторотации и что именно требуется для их успешного выполнения.
Быстрый спуск коллектива имеет решающее значение
Когда двигатель вертолета выходит из строя, самое главное — спустить коллектив и сделать это быстро. Число оборотов ротора абсолютно критично! Как только обороты упадут ниже определенного уровня, восстановить их будет невозможно, и вертолет действительно разобьется и сгорит.
Время, необходимое для спуска коллектива после отказа двигателя вертолета, зависит от типа вертолета. Большие вертолеты с более тяжелыми несущими системами имеют большую инерцию лопастей и дают вам значительно больше времени. Один пилот как-то сказал мне, что в Bell JetRanger можно сесть и сказать: «О боже, у нас отказал двигатель», а потом в неторопливом темпе спустить коллектив. Это немного преувеличение, но это правда, что есть несколько секунд на размышления. Но это не относится к меньшим и более легким вертолетам, таким как Robinson R22. В этих вертолетах коллектив нужно сразу спускать. Вероятно, именно этот факт привел к их незаслуженной репутации опасных, особенно для пилотов вертолетов с малым количеством часов работы.
Другие способы увеличения числа оборотов ротора
Однако, при необходимости, существуют другие способы увеличения числа оборотов ротора. Увеличенная нагрузка на диск сделает это, и один из способов увеличить нагрузку на диск — развернуть самолет. Тесты показали, что в R22, если вы одновременно уменьшаете общее и поджигаете, у вас есть около семи секунд, чтобы среагировать, а не две секунды или меньше, которые иногда указывают, если вы просто уменьшаете общее. Конечно, это не так много времени, но попробуйте медленно сосчитать до семи… этого должно хватить. Помните, все, что вам нужно сделать, это понизить коллектив — все остальное может подождать.
Итак, у вас отказал двигатель. Вы понизили колхоз и развели, чтобы вернуть обороты ротора. Вы сильно нажали на правую педаль, чтобы остановить внезапный рыскание влево — самый очевидный признак реального отказа двигателя. Что теперь?
Поиск места для посадки
Как и в любом другом самолете, при отказе двигателя вертолета необходимо искать место для посадки. Что за посадочная площадка? Что ж, на самом деле подойдет что угодно, если оно плоское и достаточно большое, чтобы выдержать полозья вертолета. Если вы находитесь над центром города, плоская крыша подойдет, хотя она не дает вам большого права на ошибку. Это основная причина, по которой я бы предпочел настоящий отказ двигателя вертолета, а не самолета — вам не нужно большое поле для посадки. Если бы он был доступен, я бы, конечно, использовал его, так как он дает больше права на ошибку, но это не обязательно. Было бы совершенно нормально что-нибудь поменьше — большой сад, полянка в лесу, игровое поле. Любой из них не представляет проблемы для вертолета, попавшего в беду.
Подготовка к посадке
Итак, вы выбрали место для посадки вашего вертолета. Как и в случае с самолетом, вам нужно приземлиться против ветра, поэтому вам может понадобиться развернуться, что вполне возможно на авторотации. . Затем вам нужно позиционировать себя, чтобы действительно попасть на выбранную вами посадочную площадку.
Как и в случае с самолетом, у которого отказал двигатель, довольно легко потерять высоту, но трудно растянуть «глиссирование». Это можно сделать, слегка подняв колхоз и увеличив скорость. Тем не менее, этот маневр требует смелости и точности, и вы не покроете слишком большую территорию, поэтому предпочтительнее выбрать место для посадки, возможно, слишком близкое. Затем вы можете делать S-образные повороты, чтобы сбросить высоту, если хотите, хотя лично я предпочитаю регулировать скорость. Вертолеты не глохнут на малой скорости полета, поэтому вы можете притормозить — даже почти до нулевой скорости, если это необходимо. Если вы сделаете это, скорость снижения будет увеличиваться почти до нуля! Вы будете спускаться почти вертикально — фактически, при любом встречном ветре вы пойдете назад. Но это один из способов попасть на сайт, который находится прямо под вами, если он единственный доступный, и, на мой взгляд, это гораздо более простой и безопасный метод, чем начать поворачивать и, возможно, потерять свой сайт в процессе.
Если до фактической посадки есть время, вы должны объявить Первомай и проинформировать своих пассажиров. Но вы спускаетесь довольно быстро, так что на самом деле не будет всего времени в мире, если не сказать больше. Ваш Первомайский призыв, вероятно, будет несколько сокращен, и все причудливые попытки перезапуска лучше забыть… если только вы не стартовали с высоты около 10 000 футов.
Посадка с выключенным двигателем
Если вы снизили скорость вертолета, чтобы добраться до места, вам необходимо убедиться, что вы снова набираете скорость полета, так как перед посадкой вам нужно достичь скорости около шестидесяти пяти узлов. , желательно на высоте 300 футов над землей. В этот момент вы нацеливаетесь на середину выбранного вами места, и примерно в сорока футах вы начинаете мягкую ракету, выравниваете вертолет и поднимаете коллектив, когда достигаете земли, чтобы смягчить фактическую посадку. И, надеюсь, вы уйдете, не повредив ни вертолет, ни пилота, ни пассажиров
Самая трудная часть всего упражнения на авторотации — это подъем и приземление. Величина, которую вам нужно поджечь, зависит от ветра, и каждая авторотация немного отличается. Чтобы сделать это правильно, требуется недавняя практика, а это есть не у всех пилотов. Тем не менее, пока вы спускаете коллектив, совершаете контролируемый заход на ровную площадку и приземляетесь вертикально, ваша посадка должна быть выживающей. Вертолеты спроектированы таким образом, чтобы приземляться на полозья и при этом выдерживать довольно большую силу. Полозья и сиденья складываются в случае жесткой посадки, защищая пассажиров. Это одна из причин не класть ничего твердого или острого под сиденья в вертолетах, где это единственное место для хранения, особенно запасные органы управления или масленки! На них очень не хочется садиться в случае неидеальной вынужденной посадки! Но если говорить по делу, пока вы приземляетесь вертикально, вы должны быть в состоянии уйти… и вертолеты можно заменить.
Отказ двигателя при зависании
Отказ двигателя также возможен при зависании или рулении на висении. В этой ситуации последнее, что вы хотели бы сделать, это опустить коллектив, так как вы просто погрузитесь в землю. Вместо этого пилот удерживает самолет на одном уровне, а затем в последний момент осторожно поднимает колхоз. С полутораметрового висения его вообще почти не нужно поднимать, а просто удерживать позицию. Это одна из причин, по которой вертолеты редко парят выше этой отметки.
И несколько заключительных слов…
Отказы вертолетных двигателей, к счастью, очень редки. Однако разумный пилот всегда летает осторожно, помня о возможности. Меня учили никогда не летать на малой высоте над большим участком леса, если есть возможность его обогнуть. И хотя полет на высоте 500 футов может быть забавным, он не дает вам много времени в чрезвычайной ситуации.
Обычный профиль взлета вертолета позволяет пилоту безопасно приземлиться в любой момент в случае отказа двигателя. Каждый тип вертолета имеет диаграмму высота-скорость, также известную как «кривая уклонения» или, более графически, как «кривая мертвеца». На этом графике показана зависимость воздушной скорости от высоты и области, из которых было бы крайне сложно выполнить успешную посадку с выключенным двигателем. В основном небезопасными являются те области, в которых вертолет летит высоко, но медленно, или очень низко и очень быстро. Вот почему, если это вообще возможно, вертолеты будут набирать скорость близко к земле, а затем подниматься, когда у них будет достаточно скорости полета. Вертикальные или высокие взлеты выглядят хорошо и доставляют удовольствие, но их следует использовать только в случае крайней необходимости — когда есть выбор между уклонением от кривой или, возможно, нахождением на деревьях или других препятствиях.
Если вы достаточно опытный пилот вертолета, практика авторотации доставляет большое удовольствие. Я помню, как инструктор сказал мне, что с удовольствием будет заниматься ими весь день, и я сам только начинаю так себя чувствовать. К счастью, у меня еще никогда не было настоящего отказа двигателя, но если я буду летать достаточно долго, велика вероятность, что когда-нибудь это произойдет. Если и когда это произойдет, вся практика, надеюсь, сослужит мне хорошую службу — и я не только уйду, но и смогу снова использовать вертолет после этого!
Вертолетный турбинный двигатель: введение в эти двигатели для вертолетов
Учебник по двигателям этих вертолетов
Шон Койл
Ниже приводится краткий отрывок из книги «Цикличность и коллективность». Шон Койл. Он взят из главы, посвященной газотурбинным двигателям на вертолетах. Турбинные двигатели разные!
Турбинные двигатели во многом отличаются от поршневых двигателей, некоторые очевидны, другие не столь очевидны. Турбинные двигатели бывают:
Более плавный, с менее заметной вибрацией
Тише (или, по крайней мере, другой шум и уж точно меньше шума выхлопа)
Меньший вес при той же мощности (т. е. лучшее соотношение мощность/вес)
Более надежный (обычно)
Капитальный ремонт с большей периодичностью (часы)
Легче заводится на морозе
Требуется меньше обслуживания между капитальными ремонтами
Потребляйте меньше моторного масла
С другой стороны, газотурбинные двигатели также бывают:
Более дорогое приобретение и капитальный ремонт
Жаждущие (потребляют больше топлива)
Менее терпимы к злоупотреблениям
Больше удивляет, когда они терпят неудачу (будучи тише, они меньше предупреждают о неудаче)
Типовой двигатель со свободной турбиной Типичный газотурбинный двигатель вертолетов показан на рис. 1. Обратите внимание, что на схеме показаны номера. Они относятся к различным «областям» в двигателе и являются международным соглашением по нумерации. Например, «0» относится к атмосферным условиям перед подачей воздуха в двигатель (и после его выхода), «1» — перед компрессором и так далее. Таким образом, если бы мы измеряли температуру или давление в конце компрессора, это были бы T3 или P3 соответственно.
В газотурбинном двигателе система зажигания обычно не включена постоянно. Некоторые машины требуют включения зажигания во время захода на посадку и приземления, чтобы двигатель не работал в случае его возгорания.
В свободнотурбинном двигателе нет непосредственной механической связи между силовой турбиной и турбиной компрессора, то есть нет набора соединяющих их шестерен, только газовый тракт.
Термины, относящиеся к газотурбинным двигателям Многие из терминов, используемых в газотурбинных двигателях, не имеют общепринятого отраслевого стандарта, что приводит к путанице даже с упоминаемыми международными стандартами. до. Типичным примером этого является TOT, TIT, ITT, T4, T5, даже T4.5 — все они представляют собой температуру выхлопных газов где-то в двигателе. Причиной разных названий являются разные места, где измеряется температура. Для единообразия здесь будут использоваться сокращения:
N1: Скорость компрессора N2: Скорость турбины TOT: температура на выходе из турбины Q: крутящий момент
Большинство скоростей двигателя и несущего винта выражаются в процентах об/мин, чтобы упростить жизнь пилота. (Просто подумайте о проблеме, если бы пределы не были в процентах. Ограничения скорости компрессора могли бы быть 25 675 об/мин для непрерывной работы и 27 450 для взлета. С процентными значениями вам нужно запомнить не более трех цифр.)
Небольшое замечание о терминах N2 и NR. Их часто путают, особенно когда речь идет о губернаторах. Поскольку они механически связаны, они обычно считаются эквивалентными. Только когда вертолет находится на авторотации, или в странной ситуации для двухдвигательных вертолетов они не связаны механически (в этих случаях NR будет выше, чем N2).
Это также хороший момент, чтобы упомянуть, что невозможно сравнить температуру или пределы оборотов между двигателями. Температуры могут быть измерены в разных точках двигателей.
Разница между номиналами и ограничениями Номинал — это мощность, которую двигатель будет развивать при работе на предельной скорости в стандартных дневных условиях ISA. Ограничения — это предписанные пределы, установленные производителем для обеспечения непрерывной работы и увеличения срока службы.
Иногда появляется ограничение крутящего момента, которое (по совпадению) равно номинальной мощности двигателя. Большинство ограничений разработаны с учетом нормального использования и допускают ошибку в целях безопасности, при этом предусмотрены некоторые меры для непреднамеренного выхода за пределы этого уровня. Насколько велик этот запас, останется в секрете, поэтому лучше не превышать нормальные пределы, так как вы не хотите узнать, что вы вышли за пределы того, что производитель заложил для нерадивых пилотов!
Как долго действует каждый лимит? Не раз слышал, что если есть ограничение по времени на рейтинг двигателя, то если рейтинг был использован за это время, эквивалент время должно быть потрачено ниже лимита. Например, если существует 30-минутный предел TOT, и двигатель работал до этого предела TOT в течение 30 минут, то, по мнению некоторых, предполагается, что двигатель должен находиться за пределами этого ограничения по времени в течение 30 минут, прежде чем его можно использовать снова.
Это нонсенс по следующим причинам. Во-первых, если это то, что имелось в виду, то это точно не прописано ни в одном руководстве по планированию, двигателю или сертификационному руководству, которое я когда-либо видел. Если это подразумевается, это должно быть прописано. Во-вторых, и это самое главное, я связался с несколькими производителями двигателей и планеров, и все они говорят, что это не так.
Еще один ложный взгляд на это состоит в том, чтобы думать, что если что-то повреждено перенапряжением, то его можно привести в норму с помощью недонапряжения — это не работает.
Циклы Проблемой газотурбинных двигателей являются тепловые нагрузки и удары. Нетрудно понять, что взять кусок металла из холодного покоя и внезапно нагреть его до 700 С при вращении на высоких скоростях довольно тяжело для металла. Делайте это достаточное количество раз, и полученные повреждения накапливаются и металл выходит из строя. По этой причине большинство газотурбинных двигателей считают циклы — количество раз, когда двигатель запускался и работал на взлетной мощности. Меняйте температуру и обороты быстро или много, и циклы тоже складываются. Вот почему большинство больших реактивных двигателей имеют такой долгий срок службы — крейсерский полет на большой высоте в течение длительного времени, у них мало циклов и много времени на одном уровне мощности. Вертолетные двигатели, к сожалению, имеют много изменений мощности (читай изменения оборотов и температуры) и, следовательно, относительно короткий (но славный) срок службы.
Счетчики циклов могут варьироваться от глупых вещей, которые подсчитывают только количество нажатий кнопки пуска, до устройств, которые отслеживают количество раз, когда TOT превышает определенные значения, в то время как N1 выше определенного RPM, или количество раз, когда коллектив повышен, когда давление масла в трансмиссии выше определенного значения. Обратите внимание на циклы, если они у вас есть. Они расскажут историю жестокого обращения или нежной любовной заботы о двигателе.
Измерение температуры Нелегко точно измерить температуру глубоко внутри ада двигателя, и какими бы точными ни были показания из кабины, на самом деле они лишь приблизительны. Указанная температура на самом деле является только предположением о том, что происходит с металлом, и именно по этой причине существуют переходные пределы температуры, особенно для запуска. Настоящая проблема заключается в том, что металл не может выдерживать высокие температуры в течение длительного времени, а короткий период, допустимый для высокой температуры при запуске (или иногда во время работы), означает, что эта высокая температура не будет существовать достаточно долго, чтобы воздействовать на лопатки турбины. .
Высота по плотности по сравнению с высотой по давлению и OAT Одним из основных различий между поршневыми и газотурбинными двигателями является влияние атмосферных условий на доступную мощность. Проще говоря, мощность, доступная от поршневого двигателя, зависит от высоты по плотности, тогда как мощность, доступная от газотурбинного двигателя, зависит от высоты по давлению и температуры.
Смущенный? Я слышу вопросы отсюда. Да, высота по давлению и температура воздуха составляют высоту по плотности, но высота по плотности может быть получена из самых разных высот по давлению и температур.
Примером может служить высота плотности 5000 футов. Это может быть барометрическая высота 9000 футов при -40°C, или 1800 футов барометрическая высота при 40°C, или 5000 футов барометрическая высота при 5°C. Однако барометрическая высота 9000 футов и -40°C всегда будут 5000 футов. высота по плотности (по крайней мере, достаточно близко для целей демонстрации).
Большинство пилотов вертолетов, работающих в одном и том же месте, видят только влияние температуры воздуха, поскольку изменения настроек высотомера не будут иметь большого значения для барометрической высоты (по крайней мере, в отношении мощности двигателя). Они знают, что в более жаркие дни у них меньше мощности, или что TOT выше в жаркий день, чем в холодный день при том же используемом крутящем моменте. Естественная тенденция состоит в том, чтобы винить в изменении плотности высоту.
Неправильно говорить, что мощность, доступная для газотурбинного двигателя, зависит от высоты по плотности.
Это был краткий отрывок из книги Cyclic & Collective , в которой обсуждаются газотурбинные двигатели вертолетов. Cyclic & Collective — ресурс по вертолетным системам. Это интересное чтение как для механиков, так и для пилотов, особенно для тех, кто не знаком с вертолетами, чтобы лучше понять эти самолеты. Для получения дополнительной информации вы можете посетить сайт www.helobooks.com.
Вертолетная трансмиссия
Система трансмиссии передает мощность от двигателя на несущий винт, рулевой винт и другие вспомогательные устройства в нормальных условиях полета. Основными компонентами системы трансмиссии являются трансмиссия несущего винта, система привода хвостового винта, сцепление и блок свободного хода. Блок свободного хода, или муфта авторотации, позволяет трансмиссии несущего винта приводить в движение приводной вал хвостового винта во время авторотации. Вертолетные трансмиссии обычно смазываются и охлаждаются собственным маслом. Для контроля уровня масла предусмотрен смотровой манометр. Некоторые трансмиссии имеют детекторы стружки, расположенные в поддоне картера. Эти датчики подключены к сигнальным лампам, расположенным на приборной панели пилота, которые загораются в случае внутренней проблемы. Детекторы стружки на современных вертолетах имеют функцию «сжигания» и пытаются исправить ситуацию без участия пилота. Если проблема не может быть устранена самостоятельно, пилот должен обратиться к аварийным процедурам для данного конкретного вертолета.
Трансмиссия несущего винта
Основная цель трансмиссии несущего винта — снизить выходную мощность двигателя до оптимальной скорости вращения ротора. Это уменьшение отличается для разных вертолетов. В качестве примера предположим, что обороты двигателя конкретного вертолета составляют 2700 об/мин. Скорость вращения ротора 450 об/мин потребует уменьшения 6:1. Сокращение 9:1 означало бы, что ротор будет вращаться со скоростью 300 об/мин. В большинстве вертолетов используется тахометр с двойной стрелкой или прибор с вертикальной шкалой, показывающий обороты двигателя и несущего винта или процент оборотов двигателя и несущего винта. Индикатор оборотов ротора обычно используется только при включении сцепления для контроля ускорения ротора и при авторотации для поддержания оборотов в заданных пределах. [Рисунок 1]
Рисунок 1. Существуют различные типы тахометров с двумя стрелками; однако, когда иглы наложены друг на друга или соединены, соотношение оборотов двигателя такое же, как и передаточное число редуктора вращения от горизонтальной оси двигателя до вертикальной оси вала ротора. [Рисунок 2]
Рис. 2. Трансмиссия и редуктор несущего винта снижают выходную мощность двигателя до оптимальных оборотов ротора и изменяют ось вращения выходного вала двигателя на вертикальную ось для вала ротора
Муфта
В обычном самолете двигатель и воздушный винт постоянно соединены. Однако в вертолете соотношение между двигателем и несущим винтом другое. Из-за большего веса несущего винта по отношению к мощности двигателя по сравнению с весом воздушного винта и мощностью самолета ротор должен быть отсоединен от двигателя при включении стартера. Сцепление позволяет запустить двигатель, а затем постепенно снять нагрузку с ротора.
В двигателях со свободной турбиной сцепление не требуется, поскольку турбина газогенератора по существу отсоединена от силовой турбины. Когда двигатель запускается, силовая турбина оказывает небольшое сопротивление. Это позволяет газогенераторной турбине разгоняться до нормальной скорости холостого хода без того, чтобы нагрузка на систему трансмиссии и ротора тормозила ее. По мере увеличения давления газа в силовой турбине лопасти ротора начинают вращаться, сначала медленно, а затем постепенно ускоряясь до нормальных рабочих оборотов.
На поршневых вертолетах используются два основных типа муфт: центробежная муфта и муфта ременной передачи.
Центробежная муфта
Центробежная муфта состоит из внутреннего узла и внешнего барабана. Внутренний узел, соединенный с приводным валом двигателя, состоит из колодок, облицованных материалом, подобным автомобильным тормозным колодкам. На низких оборотах двигателя пружины удерживают колодки, поэтому нет контакта с внешним барабаном, который крепится к первичному валу трансмиссии. По мере увеличения оборотов двигателя центробежная сила заставляет колодки сцепления двигаться наружу и начинают скользить по внешнему барабану. Входной вал трансмиссии начинает вращаться, вызывая вращение ротора, сначала медленно, но увеличиваясь по мере увеличения трения между колодками сцепления и барабаном трансмиссии. По мере увеличения частоты вращения ротора стрелка тахометра ротора показывает увеличение, перемещаясь к стрелке тахометра двигателя. Когда две иглы накладываются друг на друга, двигатель и ротор синхронизируются, указывая на то, что сцепление полностью включено и дальнейшее проскальзывание колодок сцепления отсутствует.
Муфта ременной передачи
Некоторые вертолеты используют ременную передачу для передачи мощности от двигателя к трансмиссии. Ременная передача состоит из нижнего шкива, прикрепленного к двигателю, верхнего шкива, прикрепленного к входному валу трансмиссии, ремня или набора клиновых ремней и некоторых средств натяжения ремней. Ремни свободно надеваются на верхний и нижний шкивы, когда ремни не натянуты. Это позволяет запускать двигатель без какой-либо нагрузки со стороны трансмиссии. После запуска двигателя натяжение ремней постепенно увеличивается. Когда стрелки тахометра ротора и двигателя накладываются друг на друга, ротор и двигатель синхронизируются, а сцепление полностью включается. К преимуществам этой системы относятся виброизоляция, простота обслуживания и возможность запуска и прогрева двигателя без включения ротора.
Блок свободного хода
Поскольку подъемная сила в вертолете обеспечивается вращающимися аэродинамическими профилями, эти аэродинамические поверхности должны свободно вращаться в случае отказа двигателя. Блок свободного хода автоматически отключает двигатель от несущего винта, когда обороты двигателя меньше оборотов несущего винта. Это позволяет основному винту и хвостовому винту продолжать вращаться с нормальной скоростью в полете. Наиболее распространенный узел свободного хода состоит из обгонной муфты свободного хода, расположенной между двигателем и трансмиссией несущего винта. Обычно это верхний шкив поршневого вертолета или установленный на редукторе вспомогательного оборудования вертолета с турбиной. Когда двигатель приводит в движение ротор, наклонные поверхности фрикционной муфты прижимают ролики к внешнему барабану. Это предохраняет двигатель от превышения оборотов трансмиссии. Если двигатель выходит из строя, ролики перемещаются внутрь, позволяя внешнему барабану превышать скорость внутренней части. В этом случае трансмиссия может превысить скорость двигателя. В этом состоянии частота вращения двигателя меньше, чем у системы привода, и вертолет находится в режиме авторотации.
RELATED POSTS
Aerodynamics, Assembly and Rigging
Helicopter Flight Conditions
Rotorcraft Controls
Stabilizer Systems
Helicopter Power Systems
Airplane Assembly and Rigging
Aircraft Rigging and Biplane Assembly and Rigging
Aircraft Инспекция
Армия завершает предварительные испытания вертолетного двигателя нового поколения
Дженерал Электрик Т901 двигатель проходит испытания.
Дженерал Электрик
Что нужно знать об оборонной промышленности — в почту.
Маркус Вайсгербер
Глобальный бизнес-редактор
Армия
Промышленность
Технологии
Армия США завершила ранний раунд испытаний нового двигателя производства General Electric, который, как ожидается, будет использоваться для будущих вертолетов и улучшит дальность полета и характеристики самолетов Black Hawk и Apache.
Хотя пройдет еще несколько месяцев, прежде чем двигатель, названный T901, поднимет самолет над землей, завершение критических испытаний в прошлом месяце открывает путь для компаний, разрабатывающих вертолеты нового поколения, к получению двигателей для уже строящихся прототипов. Bell соревнуется с Sikorsky в создании штурмовика-разведчика будущего.
За три месяца испытаний, которые были отложены из-за пандемии, T901 проработал более 100 часов, сообщили в армии.
«В ходе мероприятия были успешно проверены и проверены рабочие характеристики армейского винтокрылого двигателя следующего поколения, который будет установлен на Boeing AH-64 Apache, Sikorsky UH-60 Black Hawk и штурмовике Future Attack Reconnaissance Aircraft», — говорится в сообщении армии. заявление по электронной почте.
Двигатель пройдет «многолетнюю испытательную кампанию», прежде чем он достигнет «полной армейской квалификации». Тем не менее, прототипы вертолетов, которые сейчас строятся, как ожидается, будут летать с новыми двигателями уже в 2023 году.
«Эти стандарты гарантируют, что двигатель соответствует армейским требованиям в отношении конструкции, производства и поддержания летной годности, и будут охватывать около 1500 часов испытаний двигателя», — заявили в армии. «В общей сложности T901 пройдет около 5000 часов испытаний, чтобы получить полную квалификацию двигателя».
Новые, более мощные, надежные и экономичные двигатели разрабатывались более десяти лет. В 2019 году армия предпочла двигатель GE T901 силовым установкам Pratt & Whitney и Honeywell..
В дополнение к новому штурмовику Future Attack Reconnaissance Aircraft, этот двигатель в конечном итоге будет установлен на вертолетах Black Hawks и Apache, которые останутся на вооружении армии на долгие годы. Согласно бюджетным документам армии, новый Black Hawk с двигателем T901 не будет летать до 2027 года.
Поделись этим:
СЛЕДУЮЩИЙ ЭТАЖ:
Краткий обзор оборонного бизнеса: что ждет Aerojet в будущем; сделки по оружию на саммите НАТО; Бонус при приеме на работу от Raytheon в размере 50 000 долларов; и более.
ЦЕНТКОМ получил новую миссию. Ему нужна дополнительная поддержка.
Познакомьтесь со средним уровнем удивительного… Э-э, приобретение
Оборонные подрядчики, обновите свою политику в области психического здоровья
Иран и США вряд ли достигнут новой ядерной сделки
10 школьных вопросов авторам открытого письма «Принципы»
ЦЕНТКОМ получил новую миссию. Ему нужна дополнительная поддержка.
Познакомьтесь со средним уровнем удивительного… Э-э, приобретение
Оборонные подрядчики, обновите свою политику в области психического здоровья
Иран и США вряд ли достигнут новой ядерной сделки
10 школьных вопросов авторам открытого письма «Принципы»
X
Этот веб-сайт использует файлы cookie для улучшения взаимодействия с пользователем, а также для анализа производительности и трафик на нашем сайте. Мы также делимся информацией об использовании вами нашего сайта с нашими социальными сетями, рекламой и партнеров по аналитике. Узнать больше / Не продавать мой Личная информация
Принять файлы cookie
X
Настройки файлов cookie Список файлов cookie
Не продавать мою личную информацию
Когда вы посещаете наш веб-сайт, мы сохраняем файлы cookie в вашем браузере для сбора Информация. Собранная информация может относиться к вам, вашим предпочтениям или вашему устройству и в основном используется для того, чтобы сайт работал так, как вы ожидаете, и для предоставления более персонализированного веб-интерфейса. Однако вы может запретить определенные типы файлов cookie, что может повлиять на ваш опыт работы с сайтом и услуги, которые мы можем предложить. Нажмите на заголовок другой категории, чтобы узнать больше и изменить наши настройки по умолчанию в соответствии с вашими предпочтениями. Вы не можете отказаться от нашей первой стороны, строго необходимой Файлы cookie по мере их развертывания для обеспечения надлежащего функционирования нашего веб-сайта (например, баннер cookie и запоминание ваших настроек, чтобы войти в свою учетную запись, чтобы перенаправить вас, когда вы выходите из системы, так далее.). Для получения дополнительной информации об используемых основных и сторонних файлах cookie перейдите по этой ссылке.
Разрешить все файлы cookie
Управление настройками согласия
Строго необходимые файлы cookie — всегда активны
Мы не разрешаем вам отказаться от определенных файлов cookie, поскольку они необходимы для обеспечить надлежащее функционирование нашего веб-сайта (например, запросить наш баннер cookie и помнить о вашей конфиденциальности вариантов) и/или для мониторинга производительности сайта. Эти файлы cookie не используются для «продажи» ваши данные в соответствии с CCPA. Вы можете настроить свой браузер так, чтобы он блокировал эти файлы cookie или уведомлял вас о них, но некоторые части сайта не будет работать должным образом, если вы это сделаете. Обычно эти настройки можно найти в параметрах или Меню настроек вашего браузера. Посетите www.allaboutcookies.org Узнать больше.
Продажа персональных данных, файлов cookie для таргетинга и социальных сетей
В соответствии с Законом штата Калифорния о конфиденциальности потребителей вы имеете право отказаться от продажа вашей личной информации третьим лицам. Эти файлы cookie собирают информацию для аналитики и персонализируйте свой опыт с помощью целевой рекламы. Вы можете воспользоваться своим правом отказаться от продажи личных информацию с помощью этого переключателя. Если вы откажетесь, мы не сможем предлагать вам персонализированную рекламу и не будет передавать вашу личную информацию третьим лицам. Кроме того, вы можете обратиться в нашу юридическую для получения дополнительных разъяснений о ваших правах как потребителя в Калифорнии, используя это упражнение My Ссылка на права
Если вы включили элементы управления конфиденциальностью в своем браузере (например, плагин), у нас есть принять это как действительный запрос на отказ. Поэтому мы не сможем отслеживать вашу активность через веб. Это может повлиять на нашу способность персонализировать рекламу в соответствии с вашими предпочтениями.
Целевые файлы cookie могут быть установлены через наш сайт нашими рекламными партнерами. Они могут использоваться этими компаниями для создания профиля ваших интересов и показа вам релевантной рекламы на других места. Они не хранят непосредственно личную информацию, а основаны на уникальной идентификации вашего браузера и интернет-устройство. Если вы не разрешите использование этих файлов cookie, вы будете получать менее целенаправленную рекламу.
Файлы cookie социальных сетей устанавливаются рядом наших сервисов социальных сетей. добавлены на сайт, чтобы вы могли делиться нашим контентом со своими друзьями и сетями. Они способны отслеживание вашего браузера на других сайтах и создание профиля ваших интересов. Это может повлиять на контент и сообщения, которые вы видите на других веб-сайтах, которые вы посещаете. Если вы не разрешаете эти файлы cookie, вы, возможно, не в состоянии использовать или видеть эти инструменты обмена.
Если вы хотите отказаться от всех наших отчетов и списков лидов, отправьте запрос конфиденциальности на нашей странице «Не продавать».
Сохранить настройки
Настройки файлов cookie Список файлов cookie
Список файлов cookie
Файл cookie — это небольшой фрагмент данных (текстовый файл), который веб-сайт — при посещении пользователем. пользователь — просит ваш браузер сохранить на вашем устройстве, чтобы запомнить информацию о вас, такую как ваш языковые предпочтения или данные для входа. Эти файлы cookie устанавливаются нами и называются основными файлами cookie. Мы также использовать сторонние файлы cookie — файлы cookie из домена, отличного от домена веб-сайта, на котором вы находитесь посещение – для наших рекламных и маркетинговых усилий. В частности, мы используем файлы cookie и другие средства отслеживания. технологии для следующих целей:
Строго необходимые файлы cookie
Мы не разрешаем вам отказаться от определенных файлов cookie, поскольку они необходимы для обеспечить надлежащее функционирование нашего веб-сайта (например, запросить наш баннер cookie и помнить о вашей конфиденциальности вариантов) и/или для мониторинга производительности сайта. Эти файлы cookie не используются для «продажи» ваши данные в соответствии с CCPA. Вы можете настроить свой браузер так, чтобы он блокировал эти файлы cookie или уведомлял вас о них, но некоторые части сайта не будет работать должным образом, если вы это сделаете. Обычно эти настройки можно найти в параметрах или Меню настроек вашего браузера. Посетите www.allaboutcookies.org Узнать больше.
Функциональные файлы cookie
Мы не разрешаем вам отказаться от определенных файлов cookie, поскольку они необходимы для обеспечить нормальное функционирование нашего веб-сайте (например, запрашивать наш баннер cookie и запоминать выбранные вами параметры конфиденциальности) и/или отслеживать сайт производительность. Эти файлы cookie не используются для «продажи» ваших данных в соответствии с CCPA. Ты может настроить ваш браузер так, чтобы он блокировал эти файлы cookie или уведомлял вас о них, но некоторые части сайта не будут работать, поскольку предназначено, если вы это сделаете. Обычно эти настройки можно найти в меню «Параметры» или «Настройки» вашего браузер. Посетите www.allaboutcookies.org Узнать больше.
Производительные файлы cookie
Мы не разрешаем вам отказаться от определенных файлов cookie, поскольку они необходимы для обеспечить нормальное функционирование нашего веб-сайте (например, запрашивать наш баннер cookie и запоминать выбранные вами параметры конфиденциальности) и/или отслеживать сайт производительность. Эти файлы cookie не используются для «продажи» ваших данных в соответствии с CCPA. Ты может настроить ваш браузер так, чтобы он блокировал эти файлы cookie или уведомлял вас о них, но некоторые части сайта не будут работать, поскольку предназначено, если вы это сделаете. Обычно эти настройки можно найти в меню «Параметры» или «Настройки» вашего браузер. Посетите www.allaboutcookies.org Узнать больше.
Продажа персональных данных
Мы также используем файлы cookie для персонализации вашего опыта на наших веб-сайтах, в том числе с помощью определение наиболее релевантного контента и рекламы для показа вам, а также для мониторинга посещаемости сайта и производительность, чтобы мы могли улучшить наши веб-сайты и ваш опыт. Вы можете отказаться от использования нами таких файлы cookie (и связанная с этим «продажа» вашей личной информации) с помощью этого переключателя. Вы все еще будете увидеть некоторую рекламу, независимо от вашего выбора. Поскольку мы не отслеживаем вас на разных устройствах, браузеров и свойств GEMG, ваш выбор вступит в силу только в этом браузере, на этом устройстве и на этом Веб-сайт.
Файлы cookie социальных сетей
Мы также используем файлы cookie, чтобы персонализировать ваш опыт на наших веб-сайтах, в том числе с помощью определение наиболее релевантного контента и рекламы для показа вам, а также для мониторинга посещаемости сайта и производительность, чтобы мы могли улучшить наши веб-сайты и ваш опыт. Вы можете отказаться от использования нами таких файлы cookie (и связанная с этим «продажа» вашей личной информации) с помощью этого переключателя. Вы все еще будете увидеть некоторую рекламу, независимо от вашего выбора. Поскольку мы не отслеживаем вас на разных устройствах, браузеров и свойств GEMG, ваш выбор вступит в силу только в этом браузере, на этом устройстве и на этом Веб-сайт.
Целевые файлы cookie
Мы также используем файлы cookie, чтобы персонализировать ваш опыт на наших веб-сайтах, в том числе с помощью определение наиболее релевантного контента и рекламы для показа вам, а также для мониторинга посещаемости сайта и производительность, чтобы мы могли улучшить наши веб-сайты и ваш опыт. Вы можете отказаться от использования нами таких файлы cookie (и связанная с этим «продажа» вашей личной информации) с помощью этого переключателя. Вы все еще будете увидеть некоторую рекламу, независимо от вашего выбора.
Экология жизни. Наука и открытия: Надежда найти вечный двигатель даёт изобретателям огромные силы и энергию для работы. Самое главное — направить эту энергию в нужное русло.
Вечный двигатель (лат. Perpetuum Mobile) — воображаемое устройство, позволяющее получать полезную работу бо́льшую, чем количество сообщённой ему энергии.
Самодвижущееся колесо немецкого изобретателя Орфиреуса два месяца вращалось в запечатанной комнате, двери которой охраняли гренадёры.
В время демонстраций оно не только вращалось со скоростью 50 оборотов в минуту, но и поднимало грузы до 16 кг.
В 1725 году Пётр I собирался в Германию, чтобы лично осмотреть вечный двигатель, который изобретатель Орфиреус согласился продать России за 100 000 ефимков (1 ефимок — около рубля).
В 1775 году Парижская академия наук приняла своё знаменитое решение не рассматривать проекты вечного двигателя из-за очевидной невозможности их создания.
Но до сих пор на научных конференциях в России и других странах с завидным постоянством звучат идеи об извлечении энергии из вакуума, пульсирующих полях (которые исключают часть отрицательной работы в замкнутом контуре), преобразованиях энергии при изменениях внутренней структуры пространства-времени, о так называемой «свободной энергии».
Некоторым учёным удаётся получить патенты на особо заумные изобретения, где патентное бюро не в силах сразу распознать вечный двигатель. Более того, великие учёные прошлого, в том числе Роберт Бойль и Иоганн Бернулли, предлагали собственные конструкции вечного двигателя. Многие годы посвятил изобретению вечного двигателя Леонардо да Винчи.
Вечный двигатель Бхаскары, 1150 г
Первое упоминание в исторической литературе о конкретном устройстве вечного двигателя относится к 1150 году. Индийский поэт, математик и астроном Бхаскара в своём стихотворении описывает некое колесо с прикрепленными наискось по ободу длинными, узкими сосудами, наполовину заполненными ртутью.
Принцип действия этого первого механического «перпетуум мобиле» основан на различии моментов сил тяжести, создаваемых жидкостью, перемещавшейся в сосудах, помещённых на окружности колеса.
Как описывает сам автор, «наполненное таким образом жидкостью колесо, будучи насажено на ось, лежащую на двух неподвижных опорах, непрерывно вращается само по себе».
Вращающееся колесо часто использовалось в древних вечных двигателях. В каком-то смысле «вечное движение колеса» имело даже религиозный смысл. Ещё в ведической религии колесо символизировало божественное начало. Наука уже в самом начале своего развития стала заимствовать для своих целей некоторые религиозные атрибуты, воплощая их на практике в виде конструктивных элементов различных машин.
Разные модификации колеса Бхаскары встречаются в литературе арабских стран в последующие века. В Европе первые чертежи вечных двигателей появляются одновременно с введением арабских цифр, то есть в начале 13 века.
Рисунок одного из самых старых проектов «перпетуум мобиле» в Европе (около 1235 г. ) из альбома Вийяра д’Оннекура
По какой-то причине не сохранилось свидетельств, что над вечными двигателями работали европейские инженеры в античную эпоху, то есть в Древней Греции и Древнем Риме, хотя у них вполне хватало квалификации и знаний для таких экспериментов. Вероятно, в то время просто отсутствовал спрос (общественный заказ) на вечный источник энергии. Проблему энергии успешно решало неограниченное количество рабов, доступных для использования в любое время практически бесплатно.
Таким образом, в Европе проекты вечных двигателей появились только после 12 века. В эпоху Возрождения европейские учёные и изобретатели принялись изучать эту тему с новой силой. Например, Леонардо да Винчи посвятил этому значительную часть своей жизни.
Он начал со схем «вечного колеса», известных с прошлых веков, затем пробовал использовать выталкивающую силу воды, водяное колесо, Архимедов винт, с помощью которого древние греки поднимали воду для орошения полей.
Естественно, каждый раз Леонардо терпел неудачу, но он долго не сдавался.
На одном из этапов изобретатель произвёл точный расчёт моментов сил для проекта «вечного колеса» и пришёл к выводу: «Суммарный момент сил, вращающих колесо в одну сторону, в точности равен суммарному моменту сил, вращающих колесо в другую сторону».
Для своего времени это было серьёзное научное открытие. Фактически, Леонардо да Винчи приблизился к открытию закона сохранения энергии.
Кстати, этот закон сформулировал в 1842 году немецкий естествоиспытатель Юлиус Роберт фон Майер, который ещё в 10-летнем возрасте пытался сконструировать вечный двигатель.
В возрасте 28 лет учёный опубликовал работу «Замечания о силах неживой природы» в журнале «Анналы химии и фармации». В ней он указал на эквивалентность затрачиваемой работы и производимого тепла и тем обосновал первый закон термодинамики.
В конце концов, Леонардо тоже признал, что вечного двигателя не может существовать. В его записях присутствует фраза: «Я пришёл к выводу о невозможности существования “вечного колеса”. Поиск источника вечного движения – одно из самых глубоких заблуждений человека».
К счастью, в последующие столетия учёные не прислушались к выводу Леонардо да Винчи. Они продолжили попытки изобрести вечный двигатель, делая иногда по ходу поисков замечательные научные открытия.
Вечный двигатель Иоганна Бернулли представляет собой до гениальности простую конструкцию (см. рисунок). В сосуд, в котором находится смесь тяжёлой и лёгкой жидкостей, опущена трубка. Верхний конец трубки открыт, а нижний закрыт мембраной, пропускающей внутрь трубки только более лёгкую жидкость из смеси.
Тогда под действием давления более тяжёлой смеси оказавшаяся в трубке лёгкая жидкость будет подниматься. Если правильно подобрать высоту трубки, а также соотношение плотностей жидкостей, то лёгкая жидкость поднимется настолько, что будет выливаться из трубки.
Это приведёт к вечному круговороту, и «таким образом, движение жидкости будет вечным».
Роберт Бойль, как и его коллега Иоганн Бернулли, ссылался на круговорот воды в природе — якобы реальный пример вечного двигателя.
Бернулли считал, что круговорот воды в природе обусловлен разностью плотностей солёной и пресной воды, а вот Бойль объяснял его действием капиллярных сил.
Поднимающаяся по капилляру жидкость должна, по мнению изобретателя, выливаться обратно в сосуд, если длина капилляра не слишком велика.
Как показывает история, такие попытки «сумасшедших» изобретений действительно двигают науку вперёд. Это и есть «вечный двигатель» для науки и технического прогресса. Неудачные эксперименты помогают иначе взглянуть на проблему, лучше разобраться в силах природы и открыть новые ранее неизвестные законы природы.
Например, в конце 16 века голландский математик и инженер Симон Стевин показал чертёж, который на необразованных сограждан мог произвести впечатление вечного двигателя. На этом рисунке два шара справа как будто не могут уравновесить четыре шара слева от вершины треугольника. Таким образом, цепочка шаров якобы должна вечно вращаться против часовой стрелки.
На самом деле Симон Стевин нашёл условие равновесия тел на наклонной плоскости — ещё одно научное открытие.
Другими словами, учёные начали искать неизвестные ранее законы природы, в том числе условия равновесия тел, исходя из постулата о невозможности вечного двигателя. Теперь, глядя на схему очередного «перпетуум мобиле», учёный прежде всего задаёт вопрос: какие силы не не учёл изобретатель на своей схеме вечного двигателя?
Вакуумная энергетическая установка Н.А. Шестеренко (ВЭУШ) на соплах Лаваля. Подробнее см. в книгах автора «ВЭУШ. Генератор вакуумной энергии» и «ВЭУШ и «НОУ-ХАУ». Получение энергии из физического вакуума. Христос творящий»
Изобретатели работают над новыми конструкциями вечного двигателя до сих пор.
Физика и химия значительно продвинулись вперёд за прошедшие века, поэтому у авторов таких изобретений гораздо богаче «инструментарий» для применения.
В своих конструкциях они используют не только механические конструкции, но и законы гидравлики, проводят опыты с магнетизмом, используют химические реакции, пытаются применить законы квантовой механики и т. д.
Сверх-единичный двигатель Клема
Для некоторых одержимых изобретателей их работа становится делом всей жизни, идеей фикс. Эти люди убеждены, что вечный двигатель существует и ранее уже неоднократно был изобретён, но могучие корпорации и правительства стран не дают таким изобретениям ход.
Авторы таких изобретений якобы часто умирают при загадочных обстоятельствах.
В воспалённой логике изобретателей это легко объяснить: ведь создание вечного двигателя навсегда изменит ход человеческой истории, полностью перевернёт существующие представления о науке, изменит порядок вещей в экономике и технологиях, лишит источников денег и власти сильных мира сего.
Магнитный двигатель
До сих пор в патентное ведомство США каждый год подаются десятки заявок на конструкцию вечного двигателя. Авторы современных изобретений — иногда умные и талантливые люди, которые отличаются богатой технической фантазией и большим опытом практической деятельности, но у них часто не хватает базовых теоретических знаний по физике.
Правда, во многих современных «изобретениях» воскресают в том или ином виде технические идеи, предложенные в средние века, а то и в 12-13 столетиях. Например, до сих пор большой популярностью пользуются вечные двигатели с вращающимся ротором. Часто используются пневматические механизмы, пружинные вечные двигатели, гидравлика, химические реакции, электромагнитные поля.
Некоторые конструкции на первый взгляд даже сложно классифицировать — то ли это вечный двигатель, то ли действительно рабочая машина, которая задействует некие плохо изученные физические процессы.
Наверное, можно упомянуть конструкцию «невозможного» двигателя EmDrive, который создаёт тягу в замкнутом контуре. Он прошёл испытания в лаборатории Космического центра им. Линдона Джонсона НАСА.
Научная работа с описанием этого двигателя, вроде бы нарушающего закон сохранения импульса, прошла независимую экспертизу и опубликована в авторитетном научном журнале, а опыты на Земле показали действительное наличие тяги.
Испытательная установка EmDrive в лаборатории Космического центра им. Линдона Джонсона НАСА
Работающий на непонятном принципе двигатель выдаёт тягу даже в вакууме, где исключена любая тепловая конвекция. Физики выдвигают разные объяснения работы EmDrive. Некоторые говорят, что в резонаторе EmDrive могут появляться пары фотонов, которые находятся в противофазе друг с другом.
Такие пары уносят импульс в сторону, противоположную движению двигателя. И взаимодействие таких фотонов способствует возникновению электромагнитной волны с нулевой поляризацией. Импульс такая волна все же переносит.
Есть теория, что тяга EmDrive представляет собой последствие появления «квантового вакуума виртуальной плазмы» частиц, появляющихся и исчезающих в замкнутом контуре пространства-времени.
Надежда найти вечный двигатель даёт изобретателям огромные силы и энергию для работы. Самое главное — направить эту энергию в нужное русло. Тогда побочным результатом их работы могут стать реальные научные и технические открытия, как у Леонардо да Винчи, Роберта Бойля, Иоганна Бернулли, Симона Стевина, Юлиуса Роберта фон Майера и других «сумасшедших» изобретателей.
Как и Парижская академия наук, патентное ведомство США формально не выдаёт патенты на «перпетуум мобиле». Это правило действует больше ста лет.
Тем не менее, в Международной патентной классификации сохраняются разделы для гидродинамических (раздел F03B 17/00) и электродинамических (раздел H02K 53/00) вечных двигателей, поскольку патентные ведомства многих стран рассматривают заявки на изобретения лишь с точки зрения их новизны, а не физической осуществимости.
Хорошо, если работа над вечным двигателем помогает двигать вперёд научно-технический прогресс. Но с сожалением приходится констатировать, что в большинстве случаев это не так. У отдельных изобретателей одержимость вечным двигателем похожа на психическое расстройство.
Говорят, что эта болезнь часто развивается по стандартному сценарию: сначала «пациент» пытается построить свой вариант классического «вечного колеса» — колеса, одна сторона которого всегда оказывается тяжелее другой благодаря системе рычагов, перекатывающихся шариков, переливающейся жидкости и так далее.
Работа ребёнка над таким механизмом может быть реальным подспорьем в учёбе, оно помогает школьнику разогреть интерес к физике и точным наукам. Важно не перейти тонкую грань, когда вера в возможность создания вечного двигателя не проходит, а превращается в навязчивую идею на протяжении всей жизни. опубликовано econet.ru
Как работает «вечный двигатель» и примеры его конструкции
Вечный двигатель это то, что невозможно даже в теории. Он противоречит сам себе.
Вечный двигатель будоражит умы ученых и изобретателей всего мира. Сейчас многие одержимы им примерно так же, как в свое время алхимики были одержимы идеей получения золота из свинца.
Все из-за того, что он — вечный двигатель — принесет очень много пользы не только в краткосрочной перспективе, но и на далекое будущее. Главное понимать, что вечный двигатель это не совсем то, что многие себе представляют.
Это куда более продвинутая вещь, но в то же время более простая, чем принято считать. А еще есть несколько концепций такого двигателя. Давайте разберемся с некоторыми из них.
Можно ли запатентовать вечный двигатель
Прежде всего стоит определится, что запатентовать вечный двигатель невозможно.
То есть, если вы найдете способ обмануть законы физики, вам, конечно, скажут спасибо, но коммерческих прав на свое изобретение вы иметь не будете.
Максимум, вы получите Нобелевскую премию и сможете рассчитывать на всемирное уважение. Если вас это устраивает — стоит постараться и поработать в этом направлении.
Патенты на вечный двигатель перестали рассматриваться очень давно. Например, Патентное ведомство США не принимает такие заявки уже более ста лет, а Парижская академия наук с 1775 года не рассматривает проекты таких двигателей.
Что такое вечный двигатель
Если говорить о том, что такое вообще вечный двигатель, то все основные определения сводятся к тому, что это воображаемое устройство, которое работает неограниченно долго. А самое главное, у него должен быть КПД более 100%. То есть количество выдаваемой им энергии должно быть больше, чем та, которую он потребляет для работы. Это вечный двигатель первого рода.
На латыни вечный двигатель будет Perpetuum Mobile
Есть еще понятие вечного двигатель второго рода. Такой механизм должен получать тепло от одного резервуара и полностью превращать его в работу. Такой тип вечного двигателя невозможен по определению, так как это противоречит первому и второму закону термодинамики.
Может показаться, что космос в некотором роде можно назвать системой вечного двигателя, но это тоже не так.
Светила рано или поздно погаснут, а планеты, спутники и галактики, которые движутся в пространстве, только кажутся вечными.
На самом деле они постепенно рассеивают свою кинетическую энергию за счет сопротивления солнечного ветра, притяжения других объектов, теплового излучения и даже гравитационных волн.
Эта штука миллиарды лет крутится сама по себе, но она не может считаться вечным двигателем.
В космосе это почти незаметно, так как расстояние и размеры тел огромны, а силы сопротивления минимальны, но потеря энергии все равно есть. Проще говоря, если дать нашей планете бесконечное количество времени вращения, исключив изменения остальных факторов, рано или поздно она просто остановится. На самом деле все немного сложнее и в реальности ее притянет к Солнцу, но суть вы поняли.
Рев двигателей и комендантский час: как SpaceX вынудила жителей Техаса продать свои дома
Можно сказать, что двигатель тоже рано или поздно остановится, если дать ему бесконечно много времени (все равно мы не проверим), но именно для этого и есть требование, что вечный двигатель должен производить больше энергии, чем потреблять. Даже если он будет вырабатывать на ничтожную долю процента больше энергии, чем заберет, он сам сможет обеспечить себя ”топливом”.
Немного юмора на тему вечного двигателя. Вот он!
Как сделать вечный двигатель
В мире было предпринято бесчисленное количество попыток сделать вечный двигатель. Конструкции предлагались самые разные, но объединяло их одно — все они не прошли проверку и не стали настоящим вечным двигателем.
Хотя, на первый взгляд может показаться, что некоторые предложенные ниже конструкции будут работать, но это ошибка.
Максимально близко к настоящей концепции вечного двигателя может приблизиться конструкция магнитного двигателя.
Перестают ли законы физики работать на краю Вселенной?
Вечный двигатель на магнитах
Конструкция вечного двигателя на магнитах может показаться простой и гениальной одновременно, но в ней есть одно ”но”. Прежде всего, магнит, даже самый хороший, не может давать энергию бесконечно и его сила магнетизма со временем будет уменьшаться. В итоге, двигатель просто перестанет работать. Хотя изначально идея действительно не плохая.
Идея вечного двигателя стала активизироваться в умах изобретателей с появленим неодимовых магнитов. Их пытались применить где угодно, а Майкл Брэди даже сделал двигатель, который запатентовал, хоть и не как вечный.
Такие вещи немного завораживают:
Суть в том, что магнит притягивает расположенные на вращающемся колесе ответные части и проводит конструкцию в движение. Конструкция проста и незамысловата, но даже если не учитывать потери от трения или просто исключить их, поместив систему в вакуум, двигатель все равно не будет вечным. Как раз из-за того, что магниты со временем теряют свои свойства.
Первый вечный двигатель
В любом деле кто-то должен быть первым. Пионер был и в ”вечнодвигателестроении” — им стал индийский математик Бхаскара. Упоминание вечного двигателя встречается в его рукописях, которые датируются XII веком.
5 самых великих ученых в истории человечества
В этих рукописях математик описывает механизм, который приводится в движение за счет перетекания ртути или другой жидкости внутри трубочек, которые надо разместить по окружности колеса. Конструкция выглядит перспективной из-за того, что жидкость на одной стороне колеса всегда будет находиться дальше от его центра.
Примерно так выглядел концепт первого вечного двигателя.
В реальности такая система не работает. Если сделать только две трубочки на разных сторонах колеса, то его действительно перевесит, но когда их много, разное положение жидкости в каждом все равно уравновесит систему и вращения не будет.
У Бхаскара были последователи, которые предлагали вместо жидкости использовать меняющие свое положение грузы. Кончено, все эти проекты были обречены на провал и постепенно первоначальная идея конструкции вечного двигателя сменялась другими.
Одна из вариаций на тему вечного двигателя Бхаскара.
Вечный двигатель Архимеда
На самом деле сам Архимед не изобретал никакого вечного двигателя. Он только сформулировал закон, согласно которому и работает следующая система. С этим законом знаком каждый, кто хоть раз бросал в воду мяч, поплавок или другой надувной предмет.
Так как то, что весит меньше, чем вода, выталкивается ей, это тоже можно использовать в качестве вечного двигателя и подобные концепты были. Например, можно попробовать поместить в систему шарики, которые будут всплывать из воды и раскручивать двигатель.
В этой конструкции не учтено только то, что невозможно сдержать выду в резервуаре, а если и возможно, то она будет давить на входящие поплавки с такой силой, которую не смогут компенсировать всплывающие.
Проблема в том, что в замкнутой системе ”отработанные” шарики надо снова погружать в воду, а на это нужно больше энергии, чем появляется при всплывании. Именно поэтому система почти моментально придет в равновесие и перестанет двигаться.
Если только не заставить жидкость находиться с одной стороны, то удержать ее без потерь будет невозможно. Если ее постоянно подливать, то такой механизм уже не будет соответствовать основным требованиям, предъявляемым к вечному двигателю.
Самая большая подводная лодка и история создания субмарин
Вечный двигатель на противовесах
Еще одна система вечного двигателя подразумевает использование смещенной системы, в которой подвешенные на цепь грузы должны тянуть за собой всю конструкцию.
Вот так должна выглядеть эта система и крутиться против часовой стрелки, но она очень быстро придет в состояние равновесия.
Такую конструкцию предложил нидерландский математик Симон Стевин. В цепочку должны быть объединены 14 шаров. Эту цепочку надо перекинуть через треугольную призму.
Согласно задумке, с одной стороны будет в два раза больше шаров и они будут тянуть всю систему.
При этом шары, которые висят снизу, не участвуют в процессе, так как уравновешены и не должны мешать работе на призме.
Звучит здорово и логично, но та часть системы, где шаров в два раза больше, имеет более пологую плоскость и составляющая силы тяжести шаров с этой стороны будет меньше. В итоге, система опять придет в равновесие и быстро остановится.
Это тоже не вечный двигатель, а просто игрушка, так как кинетическая энергия будет теряться.
Новая разработка Tesla сделает электромобили почти вечными
Почему невозможно создать вечный двигатель
В первую очередь, создание вечного двигателя невозможно из-за того, что он нарушает многие сформулированные и проверенные столетиями (и тысячелетиями) законы физики. Выработать в результате движения больше энергии, чем затрачено на приведение системы в движение, просто невозможно.
А что если так?
С другой стороны, многое раньше считалось невозможным. Вдруг человечество так до сих пор и не смогло найти фундаментальную ошибку ученых прошлого? Если вы хотели попробовать — попробуйте! Если не хотели заниматься этим, но у вас есть идея, которой вы готовы поделиться, то сделайте это в нашем Telegram-чате или в х к статье.
Чем закончились попытки создать вечный двигатель — РБК
300 лет назад саксонский инженер Иоганн Бесслер, также известный как Орфиреус, представил проект вечного двигателя. После его смерти была доказана невозможность таких механизмов, однако ученые в разное время предлагали свои варианты самодвижущихся конструкций. Самые необычные модели — в обзоре РБК.
Колесо Орфериуса
12 ноября 1717 года саксонский врач и инженер Иоганн Бесслер, также известный как Орфиреус, представил проект вечного двигателя.
Конструкция представляла собой полое самодвижущееся колесо с системой противовесов диаметром около четырех метров.
Модель прошла большое количество тестов и была способна работать на протяжении длительных промежутков времени — в рамках официального теста колесо вращалось в закрытой комнате в течение 54 дней.
Устройство своего изобретения инженер держал в тайне, предлагая раскрыть ее за внушительное денежное вознаграждение. Бесслера неоднократно обвиняли в мошенничестве, но сам он так и не раскрыл секрет своего изобретения, а через несколько лет и вовсе его уничтожил. Уже после смерти инженера была доказана невозможность создания вечного двигателя.
Колесо Бхаскары
Один из первых проектов вечного двигателя создан в XII веке — индийский математик и астроном Бхаскара II создал колесо с прикрепленными к нему сосудами, заполненными ртутью.
Именно с этого момента и на протяжении столетий идея создания вечного двигателя ассоциировалась с колесом.
Чертежи таких устройств оставил, например, Леонардо да Винчи, который, однако, к самой идее относился скептически.
Самозаполняющаяся чаша Роберта Бойля
Бурный рост интереса к созданию вечного двигателя со стороны ученых и натуралистов возник в XVII–XVIII веках. В это время появлялись новые модели, одной из которых стала концепция самозаполняющейся чаши английского ученого Роберта Бойля. Его идея, однако, противоречит законам физики.
Часы Джеймса Кокса
В середине XVIII века британский часовщик Джеймс Кокс изобрел напольные часы вечного движения. В качестве движущей силы служила ртуть — под влиянием атмосферного давления она перемещалась из стеклянного сосуда в стеклянную трубку.
Сосуд и трубки были подвешены на цепях и уравновешены противовесами. В устройстве использовалось около 68 кг ртути, а сам изобретатель называл их настоящим вечным двигателем.
Сейчас изобретение хранится в лондонском Музее Виктории и Альберта (уже без ртути).
Конструкция из губок Уильяма Конгрива
В первой половине XIX века английский изобретатель и член парламента Уильям Конгрив разработал свою систему вечного двигателя, работающую на основе капиллярного эффекта в губках. По мысли Конгрива, движение в системе должно было возникать из-за разницы в весе сухих и мокрых губок.
Механизм Джона Роберта Килли
Во второй половине XIX века американец Джон Роберт Килли заявил, что ему удалось сконструировать принципиально новый механизм, который приводится в действие звуковыми вибрациями на основе энергии эфира.
Его изобретением заинтересовалась Клара Блумфилд Мур, вложившая в разработку проекта около $100 тыс. Она также выплачивала «изобретателю» от $250 до $300 ежемесячно.
После смерти Килли выяснилось, что машина приводилась в действие с помощью резервуара сжатого воздуха, тщательно спрятанного под потолком.
Вертолет Дэвида Юнайпона
В XX веке созданием вечного двигателя занимался австралийский изобретатель Дэвид Юнайпон. Ему удалось создать проект вертолета, работающего по принципу бумеранга, однако его работы по вечному двигателю успехом не увенчались. Впрочем, в процессе работы ему удалось найти конструктивные решения для некоторых своих изобретений.
Сейчас изображение Юнайпона можно увидеть на банкноте в 50 австралийских долларов.
Известный австралийский художник и поэт Норман Линдси рассказывал, что однажды спросил Юнайпона, чем тот планирует заняться, на что он ответил, что намерен решить проблему вечного движения, в ответ на что Линдси рассмеялся.
«Я знаю, что это невозможно, но каким триумфом это будет для моего народа, если меня ждет успех», — сказал изобретатель, происходивший из коренного австралийского племени нгарринджери.
Квантовое устройство российских ученых
В мае 2017 года стало известно, что российские ученые из МФТИ нашли способ создать квантовое устройство, нарушающее второе начало термодинамики (которое оспаривает возможность создания вечного двигателя) и обладающее КПД, фактически равным 100%. Сейчас ученые под руководством заведующего Лабораторией физики квантовых информационных технологий МФТИ Гордея Лесовика занимаются воплощением этой идеи на практике.
Авторы
Анна Ким, Алексей Гаврилко-Алексеев
Почему на видео этот гидравлический вечный двигатель работает?
В 1685 г.
в одном из выпусков лондонского научного журнала «Философские труды» был опубликован предложенный французом Дени Папеном проект гидравлического перпетуум мобиле, принцип действия которого должен был опровергнуть известный парадокс гидростатики. Как видно из изображенного на рисунке, это устройство состояло из сосуда, сужавшегося в трубку в форме буквы C, которая загибалась кверху и своим открытым концом нависала над краем сосуда.
Автор проекта предполагал, что вес воды в более широкой части сосуда обязательно будет превосходить вес жидкости, находящейся в трубке, т.е. в более узкой его части. Это означало, что жидкость своей тяжестью должна была бы выдавливать саму себя из сосуда в трубку, по которой ей вновь приходилось бы возвращаться в сосуд, — тем самым достигалась требуемая непрерывная циркуляция воды в сосуде.
Как вы предположите, почему на видео под катом «вечный двигатель» работает?
К сожалению, Папен не осознавал того, что решающим фактором в данном случае является не разное количество (а с ним и различный вес жидкости в широкой и узкой частях сосуда), а прежде всего свойство, присущее всем без исключения сообщающимся сосудам: давление жидкости в самом сосуде и изогнутой трубке всегда будет одинаковым. Гидростатический парадокс как раз и объясняется особенностями этого по существу своему именно гидростатического давления.
Называемый иначе парадоксом Паскаля, он утверждает, что суммарное давление, т.е. сила, с которой жидкость давит на горизонтальное дно сосуда, определяется только весом столба жидкости, находящейся над ним, и совершенно не зависит от формы сосуда (например, от того, сужаются или расширяются его стенки) и, следовательно, от количества жидкости.
Жертвами подобных заблуждений были иногда даже люди, работавшие на самом переднем крае современной им науки и техники. Примером может служить сам Дени Папин (1647-1714 гг.) — изобретатель не только «папинова котла» и предохранительного клапана, но и центробежного насоса, а главное — первых паровых машин с цилиндром и поршнем.
Папин даже установил зависимость давления пара от температуры и показал, как получать на ее основе и вакуум, и повышенное давление. Он был учеником Гюйгенса, переписывался с Лейбницем [9] и другими крупными учеными своего времени, состоял членом английского Королевского общества и Академии наук в Неаполе.
И вот такой человек, который по праву считается крупным физиком и одним из основоположников современной теплоэнергетики (как создатель парового двигателя), работает и над вечным двигателем! Мало этого, он предлагает такой вечный двигатель, ошибочность принципа которого была совершенно очевидна и современной ему науке.
Он публикует этот проект в журнале «Философские труды» (Лондон, 1685 г.).
Идея вечного двигателя Папина очень проста — это по существу перевернутая «вверх ногами» труба Зонки (рис. 1). Поскольку в широкой части сосуда вес воды больше, его сила должна превосходить силу веса узкого столба воды в тонкой трубе С. Поэтому вода будет постоянно сливаться из конца тонкой трубки в широкий сосуд. Остается только подставить под струю водяное колесо и вечный двигатель готов!
Очевидно, что на самом деле так не получится; поверхность жидкости в тонкой трубке установится на том же уровне, что и в толстой, как в любых сообщающихся сосудах (как в правой части рис. 1.).
Судьба этой идеи Папина была той же, что и других вариантов гидравлических вечных двигателей. Автор к ней больше никогда не возвращался, занявшись более полезным делом — паровой машиной.
История с изобретением Д. Папином наталкивает на вопрос, постоянно возникающий при изучении истории вечных двигателей: чем объяснить поразительную слепоту и странный образ действий многих весьма образованных и, главное, талантливых людей, возникающие каждый раз, как только дело касается изобретения вечного двигателя?
Мы вернемся к этому вопросу в дальнейшем. Если же продолжить разговор о Папине, то непонятно и другое. Мало того, что он не учитывает уже известные законы гидравлики. Ведь в это время он был на должности «временного куратора опытов» при Лондонском королевском обществе.
Папин мог при своих экспериментальных навыках легко проверить предложенную им идею вечного двигателя (так же, как он проверял другие свои предложения). Такой эксперимент легко поставить за полчаса, даже не располагая возможностями «куратора опытов». Он этого не сделал и почему-то отправил статью в журнал, ничего не проверив.
Парадокс: выдающийся ученый-экспериментатор и теоретик публикует проект, противоречащий уже утвердившейся теории и не проверенный экспериментально!
В дальнейшем было предложено еще много гидравлических вечных двигателей и с другими способами подъема воды, в частности капиллярных и фитильных (что, собственно, одно и то же) [.
В них предлагалось жидкость (воду или масло) поднимать из нижнего сосуда в верхний по смачиваемому капилляру или фитилю.
Действительно, поднять жидкость на определенную высоту таким путем можно, но те же силы поверхностного натяжения, которые обусловили подъем, не дадут жидкости стекать с фитиля (или капилляра) в верхний сосуд.
Однако, как вы объясните, как это работает на видео?
Ведь это же гидравлический перпетуум мобиле средних веков, в который заложена ошибка, как якобы больший вес воронки вытеснит воду из трубки, но это не так. Любой диаметр трубки и любая форма не имеют значения, уровни просто уровняются. Но на видео вода продолжает течь. Как так? Жулики?
А вот и бинго! С пивом то тоже получается!
Вот тут мы обсуждали, не ужели Так ехать нельзя! и даже говорили, что Вице-президент РЖД был барабанщиком Цоя?. Вот тут Главные ляпы в книге «Архипелаг ГУЛАГ» и Распространённые заблуждения и вопросы по средневековому оружию и броне
Это копия статьи, находящейся по адресу https://masterokblog.ru/?p=54895.
Вечная бесполезность или Триумф воображения
Идея вечного движения и стремление к созданию устройств, способных преодолеть второй закон термодинамики, до сих пор будоражит воображения энтузиастов: это типичный пример использования безграничности фантазии, в равной степени обреченный и блистательный.
(слева: патентная модель вечного двигателя 1900-1905, справа: невозможное летающее приспособление)
С точки зрения законов физики, по крайней мере, на уровне их понимания в 21-ом веке, создать вечный двигатель невозможно. Тем не менее, огромное множество машин, теорий и устройств разрабатывались и предлагались на протяжении многих лет.
(изображение слева — EMS Exhibits, Вена; справа: вечный двигатель Reidar Finsrud)
(слева: типичное «вечное» водяное колесо с насосом; справа: часы на основе водяного колеса)
«Колесо Бхаскары», которое датируется серединой двенадцатого века, изобрел индийский математик Бхаскара. Изогнутые и расположенные под углом спицы колеса были частично заполнены ртутью. Как только колесо начало вращаться, ртуть перетекала внутри спиц, и колесо продолжало движение, по крайней мере, на протяжении какого-то периода.
В Национальной Библитеке (Bibliotheque Nationale) в Париже находятся зарисовки Вилларда-де-Хоннкора (Villard de Honnecourt), которые относятся к середине тринадцатого века.
Его эскизы изображают различные подъемные устройства, водяную пилу, примеры автоматов и вечного двигателя, хотя и не ясно, был ли Хоннкор их разработчиком, или просто описывал объекты, которые увидел во время своих путешествий по Европе:
В 1269 году француз Петрус Перегринус де Марикор (Petrus Peregrinus de Maricourt) разработал одну из первых моделей вечного двигателя на основе магнитов. Зубчатое колесо двигалось рядом с магнитом. Зубцы, то отталкиваясь от одного полюса, то притягиваясь к другому, поддерживали движение (левый рисунок ниже):
Изображение сверху справа: Мариано ди Жакопо иль Таккола (Mariano di Jacopo detto il Taccola) — итальянский художник и инженер, работавший в начале эпохи Возрождения, его технологические трактаты наполнены зарисовками идей машин и устройств. Это колесо датируется началом пятнадцатого века.
«Водяной винт» Роберта Фладда (Robert Fludd) 1618 года создавался для приведения в действие жерновов. Вероятно, это была первая попытка применить идею вечного двигателя с практической целью (рисунок ниже слева):
Позже, в семнадцатом веке, у Роберта Бойля (Robert Boyle) родилась идея самотечной колбы (верхний правый рисунок). Задумка в том, что она должна сама наполняться с помощью сифона, хотя его входное отверстие расположено выше выходного, так что это не совсем соответствует принятым критериям вечного двигателя.
Кроме того, на рисунке выше (в правом нижнем углу) изображен магнитный генератор Эдварда Лидскалнина (Edward Leedskalnin), часть его разработки «Вечный двигатель со штативом».
Изображение сверху справа: машина для размола зерна конца 17 века на основе версии вечного двигателя Фладда, выставленная в Театре Новых Машин Боклера.
В Германии в начале восемнадцатого века Иоганн Бесслер (Johann Bessler) построил «Колесо Орфиреуса» (Orffyreus’sWheel), которое, по его утверждению, двигалось исключительно за счет собственной энергии. Тогда, по завершению большого числа тестов и официальных инспекций, был сделан вывод о подлинности изобретения.
Видимо, механизм мог выполнять тяжелую работу, и, по итогам одного из тестов, действовал на протяжении пятидесяти четырех дней. Сегодня эксперты не верят, что колесо могло двигаться вечно, но даже теперь, помимо данных, что механизм использовал грузы, невозможно понять, что являлось источником энергии в «Колесе Орфиреуса».
Так называемый генератор, изобретенный в Филадельфии в 1812 году Чарльзом Редхеффером (Charles Redheffer), как предполагалось, должен был стать источником питания для другой техники.
Тем не менее, он был разоблачен, когда обнаружилось скрытое соединение с другой машиной, спрятанной в соседней комнате (рисунок слева).
Изображение справа: сэр Уильям Конгрев (Sir William Congreve) разработал это устройство, которое также считалось «вечным двигателем», в 1827 году:
Радиометр Крукса (Crookes Radiometer), также известный как световая мельница, был изобретен в 1873 году химиком сэром Уильямом Круксом (William Crookes).
В стеклянной колбе, где располагались лопатки на шпинделе, создавался почти идеальный вакуум.
Лопатки начинали крутиться под воздействием света, увеличивая скорость вращения вместе с яркостью света, и ученые долго обсуждали, что же вызывает вращение:
Джеймс Кокс (James Cox) изобрел часы, получившие название «Хронометр Кокса» (Cox’s Timepiece) в 1760 году.
Также провозглашенный машиной с вечным двигателем, он на самом деле имел за источник энергии изменения планетарного атмосферного давления, используя ртутный барометр.
Принцип действия механизма такой же, как и у других механических часов, кроме того, что он не требует подзаводки. Первые экземпляры часов, питающихся за счет атмосферных колебаний, датировались началом семнадцатого века, и один из них принадлежал королю Англии Джеймсу I:
Джон Джозеф Мерлин (John Joseph Merlin) работал с Джеймсом Коксом над «вечным двигателем». Эта реплика часов 1776 года, сделанных Мерлином, воссозданная Тревором Бетсоном (Trevor Beatson) из Калгари, Канада, — завоевала золотую медаль Национальной ассоциации коллекционеров часов:
Atmos – это хорошо известный бренд механических часов, начало которому положил Жан-Леон Ройттер (Jean-Leon Reutter), выпустив первые часы в 1928 году. Как и изобретение Кокса, часы работают от изменений в окружающей среде, их не нужно заводить вручную, порой на протяжении многих лет:
Справа — знаменитые «Часы с павлином» (Peacock Clock) Джеймса Кокса, выставленные в Санкт-Петербургском Эрмитаже.
А это «Вечный двигатель Рейдара Финсруда» (Reidar Finsrud perpetual motion machine), в котором набор магнитов используется для притяжения стального шарика.
По-видимому, так и не было установлено, как эта вещь действительно работает, так как единственным источником энергии являются магниты.
В теории, устройство могло бы работать в течении многих лет или десятилетий и, возможно, стало бы отличным источником электричества, кто знает?.. 🙂
Несколько машин со «свободной энергией», как предполагается, были разработаны инженером Джоном Бедини (John Bedini). Однако эти устройства не были официально исследованы независимыми учеными.
Это «Униполярный Генератор N1» (N1 Homopolar Generator), который якобы способен «брать энергию из космического энергетического поля, которое всегда нас окружает»:
Изображение сверху справа: в 1980-е провозглашалось, что «Машина Джозефа Ньюмана» (Joseph Newman’s Machine) производит больше энергии, чем тратит при работе – утверждение, которое характерно для вечного двигателя.
«Генератор с эффектом Серла» (Searl Effect Generator) описывается как «машина с открытой системой преобразования энергии, которая использует понижение температуры в окружающем воздухе с помощью устройства для преобразования окружающей энергии в электрическую». Выглядит довольно интересно:
«Перепитея» (Perepiteia) это вечный двигатель, предложенный Таном Хейнсом (Thane Heins), который рабоает на электромагнитных силах. Испытания показали, что двигатели, подключенные к аппарату, увеличили скорость и создавали энергию более эффективно, хотя ученые до сих пор имеют диаметрально разные мнения по поводу всего этого:
Китай не отстает и также строит «невозможный космический приводной механизм» (также известный как «привод электромагнитной относительности Роджера Шоуера»). Это двигатель, который не использует никакого другого топлива кроме электроэнергии:
«Мотор Перендева» (Perendev Motor) также работает от силы отталкивания магнитов. Уже были сконструированы рабочие модели, которые, правда, показали переменчивые результаты, но теория признана заслуживающей внимания и испытания продолжаются:
Бонус
«Вечный двигатель Уроборус» (Ouroboros Perpetual Motion Machine), работа австрийского художника Отто Репа (Otto Rapp):
Источник
1934 год. Этот чудовищный рельсовый автомобиль якобы работал на «воздушно-электрическом вечном приводном механизме»:Эффект Серла открыл Джон Роберт Рой Серл (John Roy Robert Searl) в 1946 году. Эффект Серла базируется на магнитных сигналах, которые создают постоянное движение намагниченных роликов вокруг намагниченных колец. Преобразование энергии при работе предполагает переработку случайных квантовых флуктуаций и кинетической энергии внутри атомной решетки в когерентную струю электронных пар, образующихся между двумерными границами материалов различных типов. Фуфф, не запоминайте этот абзац текста! 🙂
Роберт Бойль — Рубрика — PVSM.RU
Лженаука и аферисты.
Вечный двигатель
2016-12-05 в 12:00, admin, рубрики: Бхаскара, вечный двигатель, Иоганн Бернулли, Леонардо да Винчи, Научно-популярное, патенты, перпетуум мобиле, Роберт Бойль, физика, метки: вечный двигатель, перпетуум мобиле
Вечный двигатель (лат. Perpetuum Mobile) — воображаемое устройство, позволяющее получать полезную работу бо́льшую, чем количество сообщённой ему энергии.
Самодвижущееся колесо немецкого изобретателя Орфиреуса два месяца вращалось в запечатанной комнате, двери которой охраняли гренадёры. В время демонстраций оно не только вращалось со скоростью 50 оборотов в минуту, но и поднимало грузы до 16 кг. В 1725 году Пётр I собирался в Германию, чтобы лично осмотреть вечный двигатель, который изобретатель Орфиреус согласился продать России за 100 000 ефимков (1 ефимок — около рубля).
В 1775 году Парижская академия наук приняла своё знаменитое решение не рассматривать проекты вечного двигателя из-за очевидной невозможности их создания. Но до сих пор на научных конференциях в России и других странах с завидным постоянством звучат идеи об извлечении энергии из вакуума, пульсирующих полях (которые исключают часть отрицательной работы в замкнутом контуре), преобразованиях энергии при изменениях внутренней структуры пространства-времени, о так называемой «свободной энергии».
Некоторым учёным удаётся получить патенты на особо заумные изобретения, где патентное бюро не в силах сразу распознать вечный двигатель. Более того, великие учёные прошлого, в том числе Роберт Бойль и Иоганн Бернулли, предлагали собственные конструкции вечного двигателя. Многие годы посвятил изобретению вечного двигателя Леонардо да Винчи. Читать полностью »
Сбывшиеся мечты Роберта Бойля. Часть 3
2015-06-03 в 7:35, admin, рубрики: gps, глонасс, История ИТ, картография, Медгаджеты, навигация, Научно-популярное, Роберт Бойль, физика, Энергия и элементы питания
Роберт Бойль 350 лет назад составил список из 24 желаний, многие из которых сбылись. В первых двух частях мы говорили о трансплатнации органов, телемедицине, сельском хозяйстве и телескопах. Сегодня речь пойдёт о броне, морском транспорте, навигации и сне.
Предыстория: Сбывшиеся мечты Роберта Бойля. Часть 1 Сбывшиеся мечты Роберта Бойля. Часть 2
Содержание списка желаний на языке оригинала 1662 года
1) The Prolongation of Life 2) The Recovery of Youth, or at least some of the Marks of It, as New Teeth, New Hair Colour’d as in Youth 3) The Art of Flying 4) The Art of Continuing Long under water and the Exercise of Functioning Freely There 5) The Cure of Wounds at a Distance 6) The Cure of Diseases at a Distance or at least by Transplantation 7) The Attaining Gigantick Dimensions 8) The Emulating of Fish without Engines by Custome and Education only 9) The Acceleration of the Production of Things out of Seed 10) The Transmutation of Metalls 11) The Making of Glass Malleable 12) The Transmutation of Species in Mineralls, Animals and Vegetables 13) The Liquid Alkaest and Other dissolving Menstruums 14) The making of Parabolicall and Hyperbolicall Glasses 15) The Making Armor Light and Extremely Hard 16) The Practicable and Certain Way of Finding Longitudes 17) The Use of Pendulums at Sea and in Journeys, and the Application of it to Watches 18) Potent Druggs to alter or Exalt Imagination, Waking, Memory, and other functions, and appease pain, procure innocent sleep, harmless dreams, etc 19) A Ship to Sail with All Winds and a Ship Not to be Sunk 20) Freedom from necessity for much sleeping exemplify’d by the Operations of Tea and What Happens in Mad-Men 21) Pleasing Dreams and Physicall Exercises by the Egyptian Electuary and by the Fungus mentioned by the French author 22) Great Strength and Agility of Body Exemplify’d by That of Frantick Epileptick and Hystericall Persons 23) Varnishes Perfumable by Rubbing 24) A Perpetuall Light
15) Создание лёгких и экстремально прочных доспехов
В 10 веке в Китае появилось «огненное копье»: предшественник современного огнестрельного оружия, выполненный из бамбука. Поэтому в годы жизни Роберта Бойля остро стоял вопрос о создании доспехов, защищающих от пищалей и прочих аркебуз: тяжелый мушкет в 17 веке мог пробить кирасу. До 1950-х годов бронежилеты были больше похожи на доспехи, а во время войны в Корее армия США начала использовать защиту из нескольких слоёв капрона или баллистического нейлона. В 1980 и США, и СССР выпустили бронежилеты из кевлара. Сейчас есть огромное количество бронежилетов различных модификаций, в том числе для скрытого ношения.
Бронежилет Improved OTV
Читать полностью »
Сбывшиеся мечты Роберта Бойля. Часть 2
2015-02-27 в 9:55, admin, рубрики: Биотехнологии, генетика, История ИТ, космонавтика, медицина, нанотехнологии, нанотехнология, оптика, офтальмология, подводное плавание, Роберт Бойль, физика, футурология, химия, метки: Роберт Бойль
Роберт Бойль 350 лет назад написал «список желаний», и многие его мечты человечество воплотило в жизнь. В прошлый раз мы рассмотрели первые шесть пунктов — вторую молодость, трансплантацию органов, телемедицину, искусство полета. Сегодня поговорим о нашем росте, томато-картофеле и зеркалах для телескопов.
Марка к 350-летию Королевского научного сообщества
Содержание списка желаний на языке оригинала 1662 года
1) The Prolongation of Life 2) The Recovery of Youth, or at least some of the Marks of It, as New Teeth, New Hair Colour’d as in Youth 3) The Art of Flying 4) The Art of Continuing Long under water and the Exercise of Functioning Freely There 5) The Cure of Wounds at a Distance 6) The Cure of Diseases at a Distance or at least by Transplantation 7) The Attaining Gigantick Dimensions 8) The Emulating of Fish without Engines by Custome and Education only 9) The Acceleration of the Production of Things out of Seed 10) The Transmutation of Metalls 11) The Making of Glass Malleable 12) The Transmutation of Species in Mineralls, Animals and Vegetables 13) The Liquid Alkaest and Other dissolving Menstruums 14) The making of Parabolicall and Hyperbolicall Glasses 15) The Making Armor Light and Extremely Hard 16) The Practicable and Certain Way of Finding Longitudes 17) The Use of Pendulums at Sea and in Journeys, and the Application of it to Watches 18) Potent Druggs to alter or Exalt Imagination, Waking, Memory, and other functions, and appease pain, procure innocent sleep, harmless dreams, etc 19) A Ship to Sail with All Winds and a Ship Not to be Sunk 20) Freedom from necessity for much sleeping exemplify’d by the Operations of Tea and What Happens in Mad-Men 21) Pleasing Dreams and Physicall Exercises by the Egyptian Electuary and by the Fungus mentioned by the French author 22) Great Strength and Agility of Body Exemplify’d by That of Frantick Epileptick and Hystericall Persons 23) Varnishes Perfumable by Rubbing 24) A Perpetuall Light
Читать полностью »
Сбывшиеся мечты Роберта Бойля.
Часть 1
2014-12-15 в 7:02, admin, рубрики: авиация, Биотехнологии, будущее здесь, История ИТ, Медгаджеты, Роберт Бойль, Энергия и элементы питания
Роберт Бойль был физиком, химиком и богословом. В 22 года он уже стал профессором. Он открыл закон Бойля-Мариотта. В этом посте речь пойдёт о нем, как о человеке, который 350 лет назад написал «список желаний» из 24 пунктов, многие из которых сбылись. Речь о «второй молодости», трансплантации органов, телемедицине, искусстве полёта и трансмутации овощей.
В посте я разобрал первые шесть пунктов «списка желаний» Бойля и описал, как они воплотились в жизнь.
Содержание списка желаний на языке оригинала 1662 года
1) The Prolongation of Life 2) The Recovery of Youth, or at least some of the Marks of It, as New Teeth, New Hair Colour’d as in Youth 3) The Art of Flying 4) The Art of Continuing Long under water and the Exercise of Functioning Freely There 5) The Cure of Wounds at a Distance 6) The Cure of Diseases at a Distance or at least by Transplantation 7) The Attaining Gigantick Dimensions 8) The Emulating of Fish without Engines by Custome and Education only 9) The Acceleration of the Production of Things out of Seed 10) The Transmutation of Metalls 11) The Making of Glass Malleable 12) The Transmutation of Species in Mineralls, Animals and Vegetables 13) The Liquid Alkaest and Other dissolving Menstruums 14) The making of Parabolicall and Hyperbolicall Glasses 15) The Making Armor Light and Extremely Hard 16) The Practicable and Certain Way of Finding Longitudes 17) The Use of Pendulums at Sea and in Journeys, and the Application of it to Watches 18) Potent Druggs to alter or Exalt Imagination, Waking, Memory, and other functions, and appease pain, procure innocent sleep, harmless dreams, etc 19) A Ship to Sail with All Winds and a Ship Not to be Sunk 20) Freedom from necessity for much sleeping exemplify’d by the Operations of Tea and What Happens in Mad-Men 21) Pleasing Dreams and Physicall Exercises by the Egyptian Electuary and by the Fungus mentioned by the French author 22) Great Strength and Agility of Body Exemplify’d by That of Frantick Epileptick and Hystericall Persons 23) Varnishes Perfumable by Rubbing 24) A Perpetuall Light
Ученый Бойль Роберт: краткая биография, научная деятельность
Бойль Роберт — ученый, на много веков опередивший свое время. Он был не только физиком, но занимался и химией, и даже богословием. Сегодня кажется, что это несовместимые занятия. Но для 17 века, в котором Бойль жил и работал, это было нормальным явлением. В то время человек не мог считаться образованным, если не владел основами богословия.
Роберт Бойль: биография раннего периода
Ученый родился в благородной, зажиточной семье, но наследником отцовского имущества быть не мог, являясь седьмым сыном. Отец, тем не менее, любил ребенка и сделал все, чтобы обеспечить ему хорошее образование. Роберт Бойль, биография которого полна подобными событиями, отправился учиться в Итонский университет. Там он изучал естествознание и медицину. Выбор направления был не случайным — в то время это практически гарантировало приличную должность в будущем. После окончания университета он вернулся в одно из отцовских поместий. Бойль Роберт много путешествовал. В 12 лет с братом они пустились в странствие по Европе, продлившееся 6 лет. Ученый вернулся, только узнав о смерти отца.
Бойль Роберт и его жизнь в Оксфорде
Переехав в Столбридж, он в течение нескольких лет вел спокойную жизнь, изучая богословие и философию.
Через некоторое время ученый принимает решение уехать в Оксфорд для изучения химии и физики и дальнейшей работы над этими направлениями. В Оксфорде он стал членом «Невидимой коллегии», и именно благодаря ему появляется Лондонское королевское общество. Через 20 лет, в 1680 году, Бойль Роберт был даже избран президентом общества, но отказался от почетной должности. Через 5 лет ученому присваивают степень доктора в области физики. Используя деньги, которые были получены им в наследство, он открывает лабораторию и сотрудничает с многими известными физиками 17 столетия.
Физик-первооткрыватель
1660 — поворотный пункт в жизни ученого. В это время он занимался изучением трудов О. Герике и хотел повторить его опыты, что вскоре и сделал. Он не только построил воздушный насос, но и открыл один из фундаментальных физических законов, согласно которому, изменение объема газообразного вещества находится в обратной пропорциональной зависимости от давления.
То есть теперь можно было точно вычислять объемы газообразных веществ. Примечательно, что этот же закон открыл и Мариотт, причем совершенно независимо от Бойля. В современной физике он фигурирует как закон Бойля-Мариотта. Он был человеком, обосновавшим экспериментальные методы исследования не только в физике, но и в химии. Большой пласт работы Бойль проделал в области атомистической теории. Для него опыт был критерием и показателем истины, как и для Бэкона, на работы которого ссылался Бойль.
Одно из направлений работы Бойля-физика — создание вечного двигателя. Эта идея занимала умы множества ученых. Как считал Роберт Бойль, вечный двигатель реален. Круговорот воды в природе — самый лучший пример. По его мнению, он возможен благодаря действию капиллярных сил, которые можно использовать для создания вечного движения. По замыслу ученого, если длина капилляра небольшая, то поднимающаяся по нему жидкость будет выливаться обратно в сосуд, расположенный внизу.
Химик-скептик
Роберт Бойль, вклад в химию которого также невозможно переоценить, опубликовал множество научных работ, связанных с этой наукой. «Химик-скептик» — известнейшая из его работ. В ней Бойль Роберт успешно опровергает фундаментальное учение Аристотеля и учение «О трех принципах», которому следовали алхимики. Они считали, что все в мире состоит из ртути, серы и соли. Бойль же доказал, что это далеко не так. По его мнению, химия — наука самодостаточная. Она не сводится к одним попыткам превратить металл в золото, а должна изучать свойства металлов и быть на страже человеческого здоровья. Несмотря на выдающиеся открытия, ученый не мог найти душевный покой. Его, как верующего человека, смущал тот факт, что он не может объяснить многие из явлений, с которыми сталкивается во время проведения экспериментов.
Он первым начал использовать понятие «анализ состава тел» и ввел его в химическую науку. Он изучал количественные результаты обжига различных металлов, горения и так далее. 1663 год стал годом первого в истории науки применения индикаторов с целью определения щелочей и кислот. Бойль также получил фосфор в результате своих независимых экспериментов. Ученый описывал свойства нового вещества, указывая на его способность светиться, растворимость, запах и цвет.
Это было началом аналитической химии как отдельной отрасли химического знания.
Богословие как спасение для души
Бойль Роберт считал, что делает нечто нечестивое, проводя эксперименты и получая результаты, которые ни он, ни ведущие умы не могут объяснить. Он надеялся найти спасение в вере и спасти свою душу. Его стремление было настолько сильно, что он самостоятельно выучил арамейский и греческий. Последней волей ученого было отдать все его нажитое состояние на развитие науки в Великобритании.
Закон Бойля–Мариотта • Джеймс Трефил, энциклопедия «Двести законов мироздания»
200 законов мироздания > Физика
При постоянной температуре объем, занимаемый газом, обратно пропорционален его давлению.
Роберт Бойль — яркий пример ученого-джентльмена, сына давно ушедшей эпохи, когда наука была уделом исключительно состоятельных людей, посвящавших занятиям ею свой досуг. Большинство исследований Бойля относятся по современной классификации к разряду химических опытов, хотя сам себя он, наверняка, считал натурфилософом (физиком-теоретиком) и естествоиспытателем (физиком-экспериментатором). Судя по всему, поведением газов он заинтересовался, увидев проект одного из первых в мире воздушных насосов. Сконструировав и построив очередную, усовершенствованную версию своего двустороннего воздушно-вакуумного насоса, он решил исследовать, как повышенное и пониженное давление газа в герметичном сосуде, к которому был подключен его новый аппарат, влияет на свойства газов. Будучи одаренным экспериментатором, Бойль одновременно придерживался весьма новых и необычных для той эпохи взглядов, считая, что наука должна идти от эмпирических наблюдений, а не основываться исключительно на умозрительно-философских построениях.
В формулировке Бойля закон звучал буквально так: «Под воздействием внешней силы газ упруго сжимается, а в ее отсутствие расширяется, при этом линейное сжатие или расширение пропорционально силе упругости газа». Представьте, что вы сдавливаете надутый воздушный шарик. Поскольку свободного пространства между молекулами воздуха достаточно, вы без особого труда, приложив некоторую силу и проделав определенную работу, сожмете шарик, уменьшив объем газа внутри него. Это одно из основных отличий газа от жидкости. В шарике с жидкой водой, например, молекулы упакованы плотно, как если бы шарик был заполнен микроскопическими дробинками. Поэтому вода не поддается, в отличие от воздуха, упругому сжатию. (Если не верите, попробуйте протолкнуть плотно пригнанную пробку внутрь горлышка бутылки, заполненной водой по самую пробку.) Закон Бойля—Мариотта*, наряду с законом Шарля, лег в основу Уравнения состояния идеального газа.
* Дж. Трефил называет его «закон Бойля», однако мы предпочли принятое в российской традиции название закона. — Прим. переводчика.
См. также:
1801
Закон Дальтона
Роберт БОЙЛЬ Robert Boyle, 1627–91
Англо-ирландский физик и химик. Родился в замке Лисмор (Lismore Castle), Ирландия, став четырнадцатым ребенком графа Коркского (Earl of Cork) — знаменитого авантюриста эпохи королевы Елизаветы. Окончив привилегированную Итонскую школу, где был одним из первых учеников среди «юных джентльменов», отправился в многолетнее путешествие по континентальной Европе, в ходе которого продолжил образование в Женевском университете. Вернувшись на родину в 1648 году, оборудовал частную лабораторию и занялся на ее базе физико-химическими исследованиями. В 1658 году перебрался в Оксфорд, где его учеником и ассистентом по лаборатории стал Роберт Гук (см. Закон Гука), будущий научный секретарь Королевского общества. Кстати, Бойль был одним из основателей и соучредителей Королевского общества, выросшего из кружка молодых оксфордских ученых. Провел целый ряд новаторских химических экспериментов, включая эксперименты по детальному изучению свойств кислот и оснований. По некоторым данным, первым выдвинул гипотезу о существовании химических элементов. Доказал, что воздух необходим для горения и дыхания. Помимо занятий наукой был соучредителем и членом-пайщиком «Восточно-индийской компании» и активно занимался миссионерской деятельностью в надежде обратить в христианство жителей восточных колоний Британской империи.
6
Показать комментарии (6)
Свернуть комментарии (6)
Catherine 11.03.2006 18:06
Ответить
🙂
Ответить
007 01.08.2009 13:24
Ответить
Почему при постоянном температуре изотерма на графике кривая
Ответить
Филатов 15. 4/3
Ответить
mpn2 01.03.2017 18:34
Ответить
А где Мариотта? И где основной вывод из закона Бойля—Мариотта? И кто сказал что «линейное сжатие или расширение пропорционально силе упругости газа»? А почему Вы не озвучиваете что «сила упругости газа» — это и есть внутреннее давление в газе?, боитесь? А что жидкость разве Несжимаема? Это Вас кто такому научил? А как тогда объяснить повышение давления от глубины?
Ответить
Написать комментарий
около 420 г. до н.э.
Атомная теория строения вещества
1662
Закон Бойля—Мариотта
1787
Закон Шарля
1798
Механическая теория теплоты
1827
Броуновское движение
1834
Уравнение состояния идеального газа
1849
Молекулярно-кинетическая теория
1912
Закон Брэгга
1820
Закон Био—Савара
Новостная рассылка
«Элементы» в соцсетях:
Роберт Бойл — Robert Boyle
Чтобы узнать о других людях по имени Роберт Бойль, см. Роберт Бойл (значения) .
Роберт Бойль FRS ( / b ɔɪ l / ; 25 января 1627 — 31 декабря 1691) был англо-ирландским натурфилософом, химиком, физиком и изобретателем. Сегодня Бойль в значительной степени считается первым современным химиком и, следовательно, одним из основоположников современной химии и одним из пионеров современного экспериментального научного метода . Он наиболее известен законом Бойля, который описывает обратно пропорциональную зависимость между абсолютным давлением и объемом газа, если температура поддерживается постоянной в замкнутой системе . Среди его работ «Скептический химик» считается краеугольным камнем в области химии. Он был набожным и набожным англиканцем и известен своими богословскими трудами.
СОДЕРЖАНИЕ
1 Биография
1.1 Ранние годы
1.2 Средние годы
1.3 Спустя годы
2 Научный исследователь
3 Теологические интересы
4 награды и награды
5 Важные работы
6 См. Также
7 ссылки
8 Дальнейшее чтение
9 Внешние ссылки
биография
Ранние годы
Бойль родился в замке Лисмор в графстве Уотерфорд, Ирландия, седьмым сыном и четырнадцатым ребенком 1-го графа Корка («Великий граф Корк») и Кэтрин Фентон . Лорд Корк, тогда известный просто как Ричард Бойл, прибыл в Дублин из Англии в 1588 году во время тюдоровских плантаций Ирландии и получил назначение в качестве заместителя эскейтера . Он накопил огромные богатства и землевладение к тому времени Роберт родился и был создан граф Корк в октябре 1620 Екатерина Фентон, графиня из Корк, была дочерью сэра Джеффри Фентон, бывшего госсекретаря Ирландии, который был родилась в Дублине в 1539 году, и Алиса Уэстон, дочь Роберта Уэстона, родившаяся в Лисморе в 1541 году.
В детстве Бойля воспитывала кормилица, как и его старшие братья. Бойль получил частные уроки по латыни, греческому и французскому языкам, и когда ему было восемь лет, после смерти его матери, он и его брат Фрэнсис были отправлены в Итон-колледж в Англии. Друг его отца, сэр Генри Уоттон, был тогда ректором колледжа.
В это время его отец нанял частного репетитора Роберта Кэрью, который знал ирландский язык, чтобы он был частным репетитором для своих сыновей в Итоне. Однако «только мистер Роберт иногда желает этого [ирландского] и немного участвует в этом», но, несмотря на «множество причин», приведенных Кэрью, чтобы обратить на это внимание, «они практикуют французский и латынь, но не влияют на них. ирландский». Проведя более трех лет в Итоне, Роберт уехал за границу с французским репетитором. Они посетили Италию в 1641 году и остались во Флоренции зимой того же года, изучая «парадоксы великого звездочета» Галилео Галилея, который был пожилым, но все еще жил в 1641 году.
Средние годы
Роберт вернулся в Англию из континентальной Европы в середине 1644 года с большим интересом к научным исследованиям. Его отец, лорд Корк, умер в прошлом году и оставил ему поместье Сталбридж в Дорсете, а также значительные имения в графстве Лимерик в Ирландии, которые он приобрел. Затем Роберт поселился в Сталбридж-Хаус между 1644 и 1652 годами и основал лабораторию, где проводил множество экспериментов. С того времени Роберт посвятил свою жизнь научным исследованиям и вскоре занял видное место в группе исследователей, известной как « Невидимый колледж », которые посвятили себя культивированию «новой философии». Они часто встречались в Лондоне, часто в Грешем-колледже, а некоторые из членов также встречались в Оксфорде .
Скульптура мальчика, предположительно Бойля, на памятнике его родителям в соборе Святого Патрика в Дублине .
Сделав несколько визитов в свои ирландские поместья, начиная с 1647 года, Роберт переехал в Ирландию в 1652 году, но разочаровался в своей неспособности добиться прогресса в своей химической работе. В одном из писем он описал Ирландию как «варварскую страну, где химические духи были так неправильно поняты, а химические инструменты настолько недосягаемы, что было трудно иметь в ней какие-либо герметические мысли».
В 1654 году Бойл уехал из Ирландии в Оксфорд, чтобы более успешно продолжить свою работу. Надпись можно найти на стене Университетского колледжа в Оксфорде, на Хай-стрит в Оксфорде (сейчас это место расположения Мемориала Шелли ), отмечая место, где до начала 19 века стоял Кросс-холл. Именно здесь Бойль снимал комнаты у богатого аптекаря, которому принадлежал Зал.
Прочитав в 1657 году воздушный насос Отто фон Герике, он с помощью Роберта Гука задумал усовершенствовать его конструкцию, и в результате была создана «machina Boyleana» или «Пневматический двигатель», построенный в 1659 году. он начал серию экспериментов со свойствами воздуха и ввел термин « искусственный воздух» . Отчет о работе Бойля с воздушным насосом был опубликован в 1660 году под названием « Новые физико-механические эксперименты, прикосновение к воздушной пружине и ее последствиям» .
Среди критиков взглядов, выдвинутых в этой книге было иезуит, Фрэнсис Line (1595-1675), и это, отвечая на его возражение, что Бойл сделал свое первое упоминание о законе о том, что объем газа изменяется обратно пропорционально давлению газа, который среди англоязычных людей обычно называют законом Бойля в честь его имени. Первоначально эту гипотезу сформулировал Генри Пауэр в 1661 году. Бойль в 1662 году включил ссылку на статью, написанную Пауэром, но ошибочно приписал ее Ричарду Таунли . В континентальной Европе эту гипотезу иногда приписывают Эдме Мариотту, хотя он не публиковал ее до 1676 года и, вероятно, знал о работе Бойля в то время.
Одна из записных книжек Роберта Бойля (1690–1691), принадлежащая Лондонскому королевскому обществу . В архивах Королевского общества хранится 46 томов философских, научных и богословских работ Бойля и семь томов его переписки.
В 1663 году Невидимый колледж стал Лондонским королевским обществом улучшения естественных знаний, а в учредительной хартии, предоставленной Карлом II в Англии, Бойл был назван членом совета. В 1680 году он был избран президентом общества, но отказался от этой чести из-за угрызений совести по поводу присяг.
Он составил «список желаний» из 24 возможных изобретений, которые включали «продление жизни», «искусство полета», «вечный свет», «создание легкой и чрезвычайно прочной брони», «корабль для плавания при любых ветрах», и корабль, который нельзя потопить «,» практический и надежный способ определения долготы «,» сильнодействующие лекарства, изменяющие или улучшающие воображение, бодрствование, память и другие функции и облегчающие боль, обеспечивающие невинный сон, безобидные сны и т. д. «. Все, кроме нескольких из 24, сбылись.
В 1668 году он уехал из Оксфорда в Лондон, где поселился в доме своей старшей сестры Кэтрин Джонс, леди Ранелаг, в Пэлл-Мэлл . Он экспериментировал в лаборатории, которая была у нее дома, и посещал ее салон интеллектуалов, интересующихся наукой. Братья и сестры поддерживали «интеллектуальное партнерство на протяжении всей жизни, в котором брат и сестра делились лекарствами, продвигали научные идеи друг друга и редактировали рукописи друг друга». Его современники широко признавали влияние Катерины на его творчество, но более поздние историографы исключили из своих историй обсуждение ее достижений и отношений с братом.
Спустя годы
Мемориальная доска на месте экспериментов Бойля и Гука в Оксфорде
В 1669 году его здоровье, никогда не очень крепкое, начало серьезно ухудшаться, и он постепенно отказался от своих публичных обязательств, прекратив общение с Королевским обществом и заявив о своем желании быть освобожденным от приема гостей, «если только в очень необычных случаях», на Вторник и пятница днем, среда и суббота днем. На досуге, полученном таким образом, он хотел «набраться духа, разбросать свои бумаги» и подготовить некоторые важные химические исследования, которые он предлагал оставить «как своего рода герметическое наследие для прилежных последователей этого искусства», но которые он сделал. не раскрывать природу. В 1691 году его здоровье еще больше ухудшилось, и он умер 31 декабря того же года, всего через неделю после смерти своей сестры Катерины, в доме которой он жил и с которой более двадцати лет занимался научной деятельностью. Бойль умер от паралича. Он был похоронен на кладбище Святого Мартина-ин-полей, его похоронную проповедь читал его друг, епископ Гилберт Бернет . В своем завещании Бойль дал серию лекций, которые стали известны как лекции Бойля .
Научный исследователь
Воздушный насос Бойля
Большая заслуга Бойля как научного исследователя состоит в том, что он придерживался принципов, которые Фрэнсис Бэкон поддерживал в Novum Organum . Тем не менее, он не стал признавать себя последователем Бэкона или любого другого учителя.
В нескольких случаях он упоминает, что для того, чтобы его суждения были столь же непредубежденными, как это могло бы быть с любой из современных теорий философии, до тех пор, пока ему не «предоставят эксперименты», которые помогут ему судить о них. Он воздерживался от любого исследования атомной и декартовой систем и даже самого Novum Organum, хотя и признается, что «временно консультировался» с ними по поводу некоторых деталей. Нет ничего более чуждого его умственному темпераменту, чем выдвижение гипотез. Он считал приобретение знаний самоцелью и, как следствие, получил более широкий взгляд на цели научного исследования, чем его предшественники на протяжении многих веков. Это, однако, не означало, что он не обращал внимания на практическое применение науки или что он презирал знания, которые имели тенденцию использовать.
Рис. 3: Иллюстрация Excerptum ex collectionibus Философия anglicis . .. novum genus lampadis à Rob. Бойль … опубликовано в Acta Eruditorum, 1682 г.
Роберт Бойль был алхимиком ; и полагая, что трансмутация металлов возможна, он проводил эксперименты в надежде достичь этого; и он сыграл важную роль в обеспечении отмены в 1689 году статута Генриха IV против приумножения золота и серебра. Со всей важной работой, которую он проделал в области физики — формулированием закона Бойля, открытием роли воздуха в распространении звука и исследованиями расширяющей силы замораживающей воды, удельной силы тяжести и преломляющей способности кристаллов, по электричеству, цвету, гидростатике и т. д. — химия была его особенным и любимым занятием. Его первой книгой на эту тему была «Скептический химист», опубликованная в 1661 году, в которой он критиковал «эксперименты, с помощью которых вульгарные спагиристы, как правило, пытаются доказать, что их Соль, Сера и Ртуть являются истинными Принципами вещей». Для него химия была наукой о составе веществ, а не просто дополнением к искусству алхимика или врача.
Он поддерживал взгляд на элементы как на неразложимые составные части материальных тел; и сделал различие между смесями и соединениями . Он добился значительного прогресса в методике обнаружения их ингредиентов, процесс, который он обозначил термином «анализ». Он также предположил, что элементы в конечном итоге состоят из частиц различных видов и размеров, на которые, однако, они не могут быть разделены каким-либо известным способом. Он изучал химию горения и дыхания и проводил эксперименты по физиологии, где, однако, ему мешала «нежность его характера», которая удерживала его от анатомических вскрытий, особенно вивисекций, хотя он знал, что они «наиболее поучительны». «.
Богословские интересы
Помимо философии, Бойль много времени уделял теологии, демонстрируя решительный наклон к практической стороне дела и безразличие к противоречивой полемике . При Реставрации короля в 1660 году он был благосклонно принят при дворе, и в 1665 году он получил бы должность ректора Итонского колледжа, если бы согласился принять священный сан, но он отказался сделать это на том основании, что его сочинения на религиозные темы будут имеют больший вес, исходящий от мирянина, чем от оплачиваемого служителя Церкви.
Более того, Бойль включил свои научные интересы в свою теологию, полагая, что натурфилософия может предоставить убедительные доказательства существования Бога. В таких работах, как « Исследование конечных причин естественных явлений» (1688), например, он критиковал современных философов, таких как Рене Декарт, которые отрицали, что изучение природы может многое рассказать о Боге. Вместо этого Бойль утверждал, что натурфилософы могут использовать дизайн, явно демонстрируемый в некоторых частях природы, чтобы продемонстрировать участие Бога в мире. Он также пытался решать сложные богословские вопросы, используя методы, заимствованные из его научной практики. В « Некоторые физико-богословские соображения о возможности воскресения» (1675 г.) он использовал химический эксперимент, известный как приведение к первозданному состоянию, как часть попытки продемонстрировать физическую возможность воскрешения тела . На протяжении всей своей карьеры Бойль пытался показать, что наука может поддержать христианство.
В качестве директора Ост-Индской компании он потратил большие суммы на содействие распространению христианства на Востоке, щедро помогая миссионерским обществам и оплачивая перевод Библии или ее частей на разные языки. Бойль поддерживал политику, согласно которой Библия должна быть доступна на народном языке. Ирландский язык версия Нового Завета была опубликована в 1602 году, но редко во взрослой жизни Бойля. В 1680–85 гг. Бойль лично финансировал издание Библии, как Ветхого, так и Нового Завета на ирландском языке. В этом отношении отношение Бойля к ирландскому языку отличалось от протестантского класса господства в Ирландии того времени, который в целом был враждебен этому языку и в значительной степени выступал против использования ирландского языка (не только как языка религиозного поклонения).
Бойль также придерживался моногенических взглядов на происхождение рас . Он был пионером в изучении рас и считал, что все люди, независимо от их физических различий, произошли от одного источника: Адама и Евы . Он изучил опубликованные истории о том, как родители родили альбиносов разного цвета, поэтому он пришел к выводу, что Адам и Ева изначально были белыми и что кавказцы могли родить расы разного цвета. Бойль также распространил теории Роберта Гука и Исаака Ньютона о цвете и свете через оптическую проекцию (в физике ) на дискурсы полигенеза, предположив, что, возможно, эти различия были вызваны « оригинальными впечатлениями». Принимая это во внимание, можно было бы подумать, что он представлял себе хорошее объяснение цвета лица в свое время из-за того, что теперь мы знаем, что цвет кожи определяется генами, которые фактически содержатся в сперме . В трудах Бойля упоминается, что в его время для «Европейских глаз» красота измерялась не столько цветом кожи, сколько «ростом, красивой симметрией частей тела и хорошими чертами лица». Различные члены научного сообщества отвергли его взгляды и описали их как «тревожные» или «забавные».
В своем завещании Бойль выделил деньги на серию лекций в защиту христианской религии от тех, кого он считал «печально известными неверными, а именно атеистами, деистами, язычниками, евреями и мусульманами», с условием, что разногласия между христианами не должны упоминаться ( см. Лекции Бойля ).
Награды и почести
2014 Роберт Бойль Приз за al Science медали
Статуя Бойля в Лисморе, графство Уотерфорд, Ирландия
Как основатель Королевского общества, он был избран членом Королевского общества (FRS) в 1663 году . В его честь назван закон Бойля . Королевское химическое общество выпускает Роберт Бойл премию по аналитической науке, названную в его честь. Медаль Бойля за научные достижения в Ирландии, учрежденная в 1899 году, присуждается совместно Королевским дублинским обществом и The Irish Times . Открытая в 2012 году летняя школа Роберта Бойла, организованная Уотерфордским технологическим институтом при поддержке замка Лисмор, ежегодно проводится в память о наследии Роберта Бойля.
Важные работы
Титульный лист «Скептического химика» (1661 г.)
Самотек Бойля, вечный двигатель, кажется, наполняется за счет сифонного действия («гидростатическое вечное движение») и включает в себя «гидростатический парадокс». Это невозможно в действительности; сифон требует, чтобы его «выход» был ниже, чем «вход».
Ниже приведены некоторые из наиболее важных его работ:
1660 — Новые физико-механические эксперименты: прикосновение к воздушной пружине и их эффекты
1661 — Скептический химик
1662 — Добавлена защита авторской экспликации экспериментов против возражений Франциска Линуса и Томаса Гоббса (приложение длиной в целую книгу ко второму изданию « Новых физико-механических экспериментов» )
1663 — Соображения, касающиеся полезности экспериментальной натурфилософии (за которой последовала вторая часть в 1671 году)
1664 — Эксперименты и соображения, касающиеся цветов, с наблюдениями за бриллиантом, который светится в темноте
1665 — Новые эксперименты и наблюдения на холоде
1666 — Гидростатические парадоксы
1666 г. — Происхождение форм и качеств согласно корпускулярной философии . (Продолжение его работы с воздушной пружиной продемонстрировало, что снижение давления окружающей среды может привести к образованию пузырьков в живой ткани. Это описание гадюки в вакууме было первым зарегистрированным описанием декомпрессионной болезни .)
1669 — Продолжение новых физико-механических экспериментов, касание пружины и веса воздуха и их эффекты
1670 г. — трактаты о космических качествах вещей, температуре подземных и подводных регионов, дне моря и т. Д. с введением в историю особых качеств
1672 — Происхождение и достоинства драгоценных камней
1673 — Очерки странной хитрости, большой эффективности, детерминированной природы эффлювий
1674 — Два тома трактатов о солености моря, подозрениях относительно скрытых реальностей воздуха, холода, небесных магнитов
1674 — Анимационные высказывания о Problemata de Vacuo г-на Гоббса
1676 — Эксперименты и заметки о механическом происхождении или производстве определенных качеств, включая некоторые заметки об электричестве и магнетизме
1678 — Наблюдения за искусственным веществом, которое светится без каких-либо предшествующих иллюстраций
1680 — Воздушная Ноктилука
1682 — Новые эксперименты и наблюдения на ледяной ноктилуке (дальнейшее продолжение его работы в эфире)
1684 — Воспоминания по естественной истории человеческой крови
1685 — Краткие воспоминания о естественной экспериментальной истории минеральных вод
1686 — Бесплатное исследование общепринятых представлений о природе
1690 — Medicina Hydrostatica
1691 — Experimenta et Observationes Physicae
Среди его религиозных и философских сочинений были:
1648/1660 — Серафическая любовь, написанная в 1648 году, но не опубликованная до 1660 года.
1663 — Некоторые соображения Прикосновение Стиль H [ Oly ] Писания
1664 — Превосходство богословия по сравнению с естественной философией
1665 — Случайные размышления о нескольких предметах, над которыми высмеивал Свифт в « Медитации на метле» и Батлер в «Случайных размышлениях о том, как доктор Чарльтон чувствует пульс собаки в Грешем-колледже»
1675 — Некоторые соображения о совместимости разума и религии с рассуждением о возможности воскресения
1687 — Мученичество Феодоры и Дидима
1690 — Христианский виртуоз
Смотрите также
Амвросий Годфри — немецко-английский химик, изобретатель огнетушителя (1660–1741), производитель фосфора, который начинал как помощник Бойля.
Анаэробное пищеварение — процессы, с помощью которых микроорганизмы разрушают биоразлагаемый материал в отсутствие кислорода, раздел истории
Христианский виртуоз, одна из богословских работ Бойля
Эксперимент на птице в воздушном насосе — картина маслом на холсте 1768 года Джозефа Райта из Дерби, картина демонстрации одного из экспериментов Бойля
Температура Бойля, термодинамическая величина имени Бойля
Джордж Старки
Невидимый колледж — группа предшественников Лондонского королевского общества, состоящая из ряда естествоиспытателей вокруг Роберта Бойля.
Замок Лисмор
Список людей на почтовых марках Ирландии — статья со списком в Википедии
Пневматическая химия
Абсолютный ноль — самая низкая достижимая температура
Хронология водородных технологий
использованная литература
дальнейшее чтение
М.А. Стюарт (редактор), Избранные философские статьи Роберта Бойла, Индианаполис: Хакетт, 1991.
Фултон, Джон Ф., Библиография достопочтенного Роберта Бойля, члена Королевского общества . Второе издание. Оксфорд: В Clarendon Press, 1961.
Хантер, Майкл, Бойл: Между Богом и наукой, Нью-Хейвен: издательство Йельского университета, 2009. ISBN 978-0-300-12381-4
Хантер, Майкл, Роберт Бойл, 1627–1691: Скрупулезность и наука, The Boydell Press, 2000
Принсипи, Лоуренс, Стремящийся адепт: Роберт Бойль и его алхимические поиски, Princeton University Press, 1998
Шапин, Стивен; Шаффер, Саймон, Левиафан и воздушный насос .
Бен-Закен, Авнер, «Изучение себя, экспериментирование с природой», в книге «Читая Хай ибн-Якзана: межкультурная история автодидактизма» (Johns Hopkins University Press, 2011), стр. 101–126. ISBN 978-0801897399
Опубликованные работы Бойля в Интернете
Скептический химик — Проект Гутенберг
Эссе о достоинствах драгоценных камней — Фонд драгоценных камней и бриллиантов
Эксперименты и соображения касательно цветов — основа для драгоценных камней и бриллиантов
Эксперименты и соображения касательно цветов — Project Gutenberg
Лондонский университет Boyle Papers
Гидростатические парадоксы — Книги
внешние ссылки
Роберт Бойл, Интернет-энциклопедия философии
Работы Роберта Бойля или о нем в Internet Archive
Читаемые версии Превосходства механической гипотезы, Превосходства богословия и Происхождения форм и качеств
Проект Роберта Бойла, Биркбек, Лондонский университет
Краткое сопоставление » Скептического химика» Бойля и его «Христианского виртуоза»
Связь между наукой и Писанием в мысли Роберта Бойля
Роберт Бойль и его алхимические поиски: включая «потерянный» диалог Бойля о трансмутации металлов, Princeton University Press, 1998, ISBN 0-691-05082-1
Эксперименты Роберта Бойля (1690) и рассмотрение колорита — цифровое факсимиле из библиотеки Линды Холл
История вечных двигателей — History of perpetual motion machines
Гравюра вечного двигателя «водяного винта» Роберта Фладда 1618 года.
История вечных двигателей восходит как минимум к средневековью . На протяжении тысячелетий было неясно, возможны ли устройства с вечным двигателем или нет, но современные теории термодинамики показали, что это невозможно. Несмотря на это, было предпринято множество попыток построить такие машины, продолжающиеся и в наше время. Современные дизайнеры и сторонники иногда используют другие термины, такие как «сверхъединство», для описания своих изобретений.
СОДЕРЖАНИЕ
1 История
1,1 до 19 века
1.2 Промышленная революция
1.2.1 19 век
1.2.2 1900 до 1950
1.3 Современная эпоха
1.3.1 с 1951 по 1980 год
1.3.2 1981 к 1999
1.3.3 2000-е годы
2 См. Также
3 ссылки
4 Дальнейшее чтение
5 Внешние ссылки
История
Виды вечных двигателей
Есть два типа вечных двигателей:
Вечный двигатель первого типа — это те устройства, которые нарушают первый закон термодинамики, принцип сохранения энергии, создавая энергию из ничего. Большинство попыток попадают в эту категорию.
Вечные двигатели второго типа — это устройства, нарушающие второй закон термодинамики . Несмотря на то, что они подчиняются принципу сохранения энергии, они пытаются извлечь работу из единственного резервуара тепла, нарушая принцип отсутствия уменьшения энтропии в изолированной макроскопической термодинамической системе.
Дополнительная информация: классификация вечного двигателя
До 19 века
Есть некоторые безосновательные утверждения о том, что вечный двигатель, называемый «волшебным колесом» (колесо, вращающееся на своей оси с помощью магнитных камней), появился в Баварии 8-го века . Это историческое утверждение кажется необоснованным, хотя часто повторяется.
Ранние конструкции вечных двигателей были разработаны индийским математиком — астрономом Бхаскарой II, который описал колесо (колесо Бхаскары ), которое, как он утверждал, будет работать вечно.
Рисунок вечного двигателя появился в альбоме для рисования Виллара де Оннекура, французского мастера- каменщика и архитектора 13 века . Альбом для рисования был посвящен механике и архитектуре . Следуя примеру Виллара, Питер Марикур сконструировал магнитный глобус, который, если бы он был установлен без трения параллельно небесной оси, вращался бы один раз в день. Он должен был служить автоматической армиллярной сферой .
Леонардо да Винчи сделал несколько чертежей устройств, которые, как он надеялся, будут производить бесплатную энергию . Леонардо да Винчи был в целом против таких устройств, но нарисовал и исследовал многочисленные колеса с перебалансировкой.
Марк Энтони Зимара, итальянский ученый XVI века, предложил самодувную ветряную мельницу.
В этот период эту тему исследовали различные ученые. В 1607 Дреббель в «Чудо-vondt ван де eeuwighe bewegingh», посвященный машины движения Perpetuum для Джеймса I Англии . Он был описан Генрихом Хиссерле фон Чодо в 1621 году. Роберт Бойль изобрел «вечную вазу» («вечный кубок» или «гидростатический парадокс»), о которой говорил Денис Папен в « Философских трудах» 1685 года. Иоганн Бернулли предложил машину с жидкой энергией. . В 1686 году Георг Андреас Бёклер сконструировал «самоуправляемую» водяную мельницу с автономным приводом и несколько вечных двигателей с использованием шариков, используя варианты винтов Архимеда . В 1712 году Иоганн Бесслер ( Орффирей ) утверждал, что экспериментировал с 300 различными моделями вечного двигателя, прежде чем разработать, по его словам, рабочие модели.
В 1760-х годах Джеймс Кокс и Джон Джозеф Мерлин разработали часы Кокса . Кокс утверждал, что часы были настоящим вечным двигателем, но, поскольку устройство работает от изменений атмосферного давления с помощью ртутного барометра, это не так.
В 1775 году Королевская академия наук в Париже заявила, что Академия «больше не будет принимать или рассматривать предложения, касающиеся вечного двигателя».
Индустриальная революция
19 век
В 1812 году Чарльз Редгеффера, в Филадельфии, утверждал, что разработали «генератор», который мог бы власть других машин. Машина была открыта для просмотра в Филадельфии, где Редхеффер собрал большую сумму денег из вступительного взноса. Редхеффер перевез свою машину в Нью-Йорк после того, как его прикрытие было разорвано в Филадельфии, когда он подавал заявку на государственное финансирование. Именно там Роберт Фултон разоблачил схемы Редхеффера во время выставки устройства в Нью-Йорке (1813 г.). Удалив несколько скрывающих деревянных планок, Фултон обнаружил, что кетгутовый ременной привод проходил через стену на чердак. На чердаке мужчина крутил рукоятку, чтобы привести устройство в действие.
В 1827 году сэр Уильям Конгрив, второй баронет, изобрел машину, работающую на капиллярном действии, которая не подчинялась принципу, согласно которому вода ищет свой собственный уровень, чтобы производить непрерывный подъем и перетекание. Устройство имело наклонную плоскость над шкивами. Вверху и внизу двигалась бесконечная полоса губки, кровать и, опять же, бесконечная полоса тяжелых грузов, соединенных вместе. Все стояло над поверхностью стоячей воды. Конгрив полагал, что его система будет работать непрерывно.
В 1868 году, австрийский, Алоис Drasch, получил патент США на машину, которая обладала «тягой ключа типа зубчатой передачи » в виде роторного двигателя . Водитель транспортного средства может наклонять корыто в зависимости от необходимости. Тяжелый шар катился в цилиндрическом желобе вниз, и, продолжая регулировать рычаги устройства и выходную мощность, Драш считал, что можно будет приводить в движение транспортное средство.
В 1870 году Е.П. Уиллис из Нью-Хейвена, штат Коннектикут, заработал деньги на «запатентованном» вечном двигателе. История сверхсложного устройства со скрытым источником энергии содержится в статье журнала Scientific American «Величайшее из когда-либо сделанных открытий». Расследование устройства в конечном итоге обнаружило источник питания, который его приводил в действие.
Джон Эрнст Уоррелл Кили заявил об изобретении двигателя с индукционным резонансным движением. Он объяснил, что использовал «эфирную технологию». В 1872 году Кили объявил, что он открыл принцип производства энергии, основанный на колебаниях камертона . Ученые исследовали его машину, которая, казалось, работала на воде, хотя Кили старался этого избежать. Вскоре после 1872 года венчурные капиталисты обвинили Кили в мошенничестве (они потеряли почти пять миллионов долларов). Машина Кили, как выяснилось после его смерти, была основана на скрытых трубках давления воздуха.
1900-1950 гг.
В 1900 году Никола Тесла заявил, что открыл абстрактный принцип, на котором основан вечный двигатель второго типа . Никаких прототипов не было. Он написал:
Отход от известных методов — возможность «самодействующего» двигателя или машины, неодушевленных, но способных, как живое существо, получать энергию из среды — идеальный способ получения движущей силы.
Дэвид Унайпон, австралийский изобретатель, всю жизнь увлекался вечным двигателем. Одно из его исследований механики Ньютона привело его к созданию в 1910 году стригальной машины, которая преобразовывала криволинейное движение в движение по прямой. Устройство является основой современных механических ножниц.
В 1910-х и 1920-х годах Гарри Перриго из Канзас-Сити, штат Миссури, выпускник Массачусетского технологического института, заявил о разработке устройства на свободной энергии. Перриго утверждал, что источник энергии был «из воздуха» или из эфирных волн. Он продемонстрировал устройство перед Конгрессом США 15 декабря 1917 года. У Перриго была заявка на «Улучшение метода и устройства для накопления и преобразования электрической энергии эфира». Следователи сообщают, что в его устройстве был спрятан моторный аккумулятор.
Обложка выпуска октября 1920 Popular Science журнал
В октябрьском номере журнала Popular Science за 1920 г. была опубликована статья о соблазне вечного двигателя.
Современная эра
С 1951 по 1980 год
В середине 20 века Виктор Шаубергер утверждал, что открыл в воде особую вихревую энергию. После его смерти в 1958 году люди до сих пор изучают его работы. Однако теперь их считают лженаукой.
В 1966 году Йозеф Папп (иногда его называют Джозеф Папп или Джозеф Папф) якобы разработал альтернативный автомобильный двигатель, в котором использовались инертные газы . Он привлек несколько инвесторов, но когда двигатель был публично продемонстрирован, один из наблюдателей погиб в результате взрыва и двое других получили ранения. Папп обвинил в происшествии вмешательство физика Ричарда Фейнмана, который позже поделился своими наблюдениями в статье в Laser, журнале южных калифорнийских скептиков. Папп продолжал принимать деньги, но так и не продемонстрировал другого двигателя.
20 декабря 1977 года Эмиль Т. Хартман получил патент США 4215330 под названием «Двигательная установка с постоянными магнитами». Это устройство связано с простой магнитной игрушкой сверхъединства (SMOT).
Электрическая схема Thesta-Distatica, как описано в статье Поттера » Methernitha Back-Engineered».
Пауль Бауман, немецкий инженер, разработал машину, получившую название «Testatika» и известную как «швейцарский преобразователь ML» или «Thesta-Distatica».
Сообщается, что у Гвидо Франча был процесс преобразования молекул воды в высокооктановые бензиновые соединения (названные топливом Mota ), который снизил цену на бензин до 8 центов за галлон. В этом процессе использовался зеленый порошок (это утверждение может быть связано с аналогичными заявлениями Джона Эндрюса (1917)). Он был привлечен к суду за мошенничество в 1954 году и оправдан, но в 1973 году был осужден. Судья Уильям Бауэр и судья Филип Ромити наблюдали за демонстрацией по делу 1954 года.
В 1958 году Отис Т. Карр из Оклахомы основал компанию по производству космических кораблей и судов на воздушной подушке в стиле НЛО . Карр продал акции для этого коммерческого предприятия. Он также продвигал машины с бесплатной энергией . Он утверждал, что его вдохновил, в частности, Никола Тесла .
В 1962 году физик Ричард Фейнман обсуждал броуновский храповик, который предположительно извлекал бы значимую работу из броуновского движения, хотя он продолжил демонстрацию того, как такое устройство не сможет работать на практике.
В 1970-х Дэвид Хамель произвел генератор Хамеля, « антигравитационное » устройство, предположительно после похищения инопланетянами . Устройство было протестировано на MythBusters, где не продемонстрировало каких-либо подъемных способностей.
Патент Говарда Р. Джонсона в США 4151431
Говард Роберт Джонсон разработал двигатель с постоянными магнитами и 24 апреля 1979 г. получил патент США 4151431. [Основная классификация его патента 4151431 Патентным ведомством США — «электрический генератор или структура двигателя, динамоэлектрическая, линейная» (310 / 12). ] Джонсон сказал, что его устройство генерирует движение, вращательное или линейное, только от постоянных магнитов в роторе и статоре, действующих друг против друга. Он подсчитал, что постоянные магниты, сделанные из надлежащих твердых материалов, должны терять менее двух процентов своей намагниченности при питании устройства в течение 18 лет.
В 1979 году Джозеф Уэстли Ньюман подал заявку на патент на электродвигатель постоянного тока, который, согласно его книге «Энергетическая машина» Джозефа Ньюмана, выполнял больше механической работы, чем можно было бы объяснить подаваемой на него электрической мощностью. Патентная заявка Ньюмана была отклонена в 1983 году. Ньюман подал в суд на Управление по патентам и товарным знакам США в Окружной суд США, который обязал Национальное бюро стандартов испытать его машину; они проинформировали суд о том, что устройство Ньюмана не производило больше энергии, чем обеспечивали батареи, к которым оно было подключено, и суд вынес решение против Ньюмана.
1981 к 1999
Д — р Юрий С. Потапов из Молдовы утверждает, разработку сверхединичный генератора электротермического на водной основе (именуемой «ЮСМАР 1»). Он основал компанию ЮСМАР для продвижения своего устройства. При тестировании устройство не выдало больше единицы.
Компания Clean Energy Technologies, Inc. (CETI) заявила о разработке устройства под названием силовой элемент Паттерсона, который выделяет небольшое, но аномальное количество тепла, возможно, из-за холодного синтеза . Скептики утверждают, что неточные измерения эффектов трения от охлаждающего потока через гранулы могут быть причиной результатов.
2000-е
Схема неподвижного электромагнитного генератора, как описано в патенте США 6362718
Неподвижный электромагнитный генератор (МЭГ) был построен Томом Бирденом. Предположительно, устройство может в конечном итоге поддерживать свою работу в дополнение к питанию нагрузки без применения внешнего источника электроэнергии. Бирден утверждал, что это не нарушает первый закон термодинамики, потому что он извлекает энергию вакуума из ближайшего окружения. Критики отвергают эту теорию и вместо этого идентифицируют ее как вечный двигатель с ненаучным обоснованием. Писатель- ученый Мартин Гарднер сказал, что теории физики Бердена, собранные в самоизданной книге « Энергия из вакуума», считаются физиками «воплями», и что его докторская степень была получена на фабрике дипломов . Затем Берден основал Институт перспективных исследований Alpha Foundation и руководил им для дальнейшего распространения своих теорий. Эта группа опубликовала статьи в авторитетных физических журналах и в книгах, опубликованных ведущими издательствами, но один из аналитиков выразил сожаление по поводу этих публикаций, потому что тексты были «полны заблуждений и недоразумений относительно теории электромагнитного поля ». Когда Бирден получил патент США 6 362 718 в 2002 году, Американское физическое общество выступило против выдачи патента . Управление по патентам и товарным знакам США заявило, что оно пересмотрит патент и изменит порядок найма экспертов и регулярно будет повторно сертифицировать экспертов, чтобы предотвратить повторную выдачу аналогичных патентов.
В 2002 году группа GWE (Genesis World Energy) заявила, что 400 человек разработали устройство, которое якобы разделяло воду на H 2 и O 2 с использованием меньшего количества энергии, чем это считалось возможным. Их заявления не получили независимого подтверждения, и в 2006 году основатель компании Патрик Келли был приговорен к пяти годам тюремного заключения за кражу средств у инвесторов.
В 2006 году Steorn Ltd. заявила, что построила сверхединичное устройство на основе вращающихся магнитов, и разместила рекламу, призывающую ученых проверить свои утверждения. Процесс отбора двенадцати начался в сентябре 2006 года и завершился в декабре 2006 года. Отобранное жюри приступило к расследованию претензий Steorn. Публичная демонстрация, назначенная на 4 июля 2007 года, была отменена из-за «технических трудностей». В июне 2009 года отобранное жюри заявило, что технология не работает.
Смотрите также
Энергетический портал
История науки
использованная литература
дальнейшее чтение
Диркс, Генри . (1870). Perpetuum Mobile: Или, История поиска самостоятельной силы, с 13-го по 19-й век со вступительным эссе. Вторая серия. Лондон. В. Клоуз и сыновья
Веранс, Перси. (1916). Вечный двигатель: содержащий историю попыток достижения механизма самомотива с засекреченным, иллюстрированным сборником и объяснением устройств, с помощью которых он был запрошен и почему они потерпели неудачу, а также включает в себя пересмотр и перегруппировку информации, предоставляемой «Поиск самодвижущей силы в 17, 18 и 19 веках», Лондон, 1861 г., и «История поиска самодвижущей силы с 13 по 19 век», Лондон, 1870, Генри Диркс, КЛЕТКА. Д. и др . Специализированная компания по просвещению 20-го века.
Орд-Хьюм, Артур WJG (1977). Вечный двигатель: история одержимости . Пресса Св. Мартина. ISBN 0-312-60131-X .
Ангрист, Стэнли У., » Вечный двигатель «. Scientific American. Январь 1968 г.
Ханс-Петер, » Хронология вечного двигателя «. Вечный двигатель HP .
Макмиллан, Дэвид М. и др., » Сеть катящегося шара, онлайн-сборник скульптур, часов и т . Д. » Катящегося шара «.
Линхард, Джон Х., « Вечное движение ». Двигатели нашей изобретательности, 1997.
« Патенты на неработающие устройства ». Музей неработающих устройств .
» Пионеры вечного двигателя (движущие силы и шейкеры) «. Музей неработающих устройств.
Боуз, Алекс, « Музей мистификаций ».
Килти, Кевин Т., « Вечный двигатель ». 1999 г.
Руководство для механика по тестированию вечных двигателей
внешние ссылки
Аллан, Стерлинг Д., « Изобретатели свободной энергии ». 11 декабря 2003 г.
Гусева Мария, « Предполагаемое создание постоянного источника энергии раскалывает научное сообщество ». Правда.ру.
Берден, Том, « Вечный двигатель против« рабочих машин, создающих энергию из ничего » ». 2003 г., переработка 2004 г.
Когда минутное безделье возвращает Расса Свона к его детской мечте о вечном двигателе, он с удивлением узнает, что оптимизм все еще используется для борьбы с природой
Когда минутное безделье возвращает Расса Свона к его детской мечте о вечном двигателе удивлен, узнав, что оптимизм все еще используется для борьбы с природой
В свое время я немного придумывал, как и многие другие читатели Лабораторные новости . К сожалению, мой первоначальный успех оказался недолгим, и я обратился к менее надежным способам заработка.
Но то раннее начало было воодушевляющим, потому что в мгновение ока (другие могут назвать это гениальным, но скромность запрещает) я решил давнюю инженерную проблему. Узнав о существовании устройства под названием динамо-машина, которое вырабатывает электричество, просто вращаясь, я применил имеющиеся у меня знания об электродвигателях, чтобы создать нечто удивительное.
Его простота противоречила его изменяющей мир функции. Используя небольшой электродвигатель для вращения динамо-машины и возвращая вырабатываемую энергию обратно, чтобы поддерживать вращение двигателя, я обнаружил бесплатный источник энергии. Мир, возможно, столкнулся с еще одним кризисом ископаемого топлива, но вскоре это будет неуместно. В 11 лет благодаря велосипеду на день рождения и его комплекту освещения я спас планету. Я с нетерпением ждал всей жизни Нобелевских премий и всех других атрибутов благодарного населения.
Этот далекий эпизод резко вернулся в этом месяце, когда я получил сообщение от коллеги-изобретателя, умоляющего меня проверить его веб-сайт и использовать мои контакты в СМИ, чтобы помочь ему продвигать его устройство. Случайные нежелательные электронные письма, подобные этому, как правило, попадают в корзину нераспечатанными, но в припадке работы я обнаружил, что оцениваю потенциал гравитационного генератора Анатолия Николаенко.
Я внутренне обнял себя знанием того, что в 2015 году люди все еще изобретают вечные двигатели. Более того, это конкретное устройство было изящно представлено на веб-сайте на четырех языках — английском, французском, русском и китайском — что подчеркивает серьезность, с которой к нему следует относиться. Было также скромное заявление о том, что в течение пяти лет изобретатель ожидает, что атомные, угольные и газовые электростанции будут заменены генераторами с гравитационным питанием, «что сделает природный газ и уголь устаревшими товарами». Не из тех, кто преувеличивает свои претензии, Анатолий добавляет, что «насчет нефти… я воздержусь от каких-либо предположений» — видимо, потому, что установка его устройства в движущееся транспортное средство может нарушить хрупкий баланс компоновки груза и противовеса.
Гравитация — излюбленный источник энергии бригады вечных двигателей, она дает импульс некоторым из самых привлекательных и восхитительных машин. Их пробовали веками, и даже такие великие имена, как Леонардо, баловались ими. Классическое перебалансированное колесо, в котором грузы катятся наружу по нисходящей траектории и внутрь по восходящей, тем самым передавая больший момент одной стороне и поддерживая вращение всего колеса, представляет собой восхитительный и разборчивый механизм, который на первый взгляд даже выглядит так, как будто он может работать. .
Но, как самотекущая фляга Роберта Бойля — нечто вроде петлевого сифона — и автопоезд 1829 года, использующий конусообразные грузы на расходящемся пути, конечно, нет. Не мог. Никогда не буду.
Тем не менее, кажется, что простые и хорошо понятные принципы физики не останавливают чрезмерно оптимистичного изобретателя от стремления получить что-то даром. Те, кто отказывается от гравитации как источника движения, часто обращаются к магнитам или электромагнитным силам в качестве священного Грааля и могут даже утверждать, что открыли не только вечное движение, но и вечное ускорение. Примером может служить машина Perepiteia Тейна Хейнса, чудака, который утверждает, что получает от тороидального трансформатора в 70 раз больше энергии, чем он вкладывает. включает его. Я видел «Звездный путь»; Я знаю, что может сделать фазер при перегрузке.
Факты и законы термодинамики, которым должны подчиняться все остальные, не уменьшают энтузиазма, с которым изобретатели продвигают свои устройства. Однако следует отметить, что большинство из них, похоже, существуют просто как наброски, а не как рабочие модели.
Я, возможно, наткнулся на альтернативную вселенную perpetuum mobile через момент смещения работы, но я настоятельно советую всем читателям с приближающимся сроком не делать того же. Конечно же, не ищите видеодоказательства на YouTube, иначе вы увлечетесь новым увлечением — выяснением того, как на самом деле питаются многочисленные изящные мистификации. Вы станете метафорической бутылкой Бойля, бесконечно повторяющейся, но никогда не наполняющей и не опорожняющей. И ни при каких обстоятельствах не читайте комментарии, если хотите сохранить хоть какую-то веру в будущее человечества.
То, что мой собственный прототип двигателя/динамо не заработал, было, признаюсь, неудачей. Я почти уверен, что все, что мне было нужно, это динамо-машина большего размера, чтобы получить больше электроэнергии, но вечный двигатель Swan MkII так и не был построен. Я все еще думаю, что это жалко, так как я мог бы использовать его для запуска моего устройства холодного синтеза.
ПОПЫТКИ НАРУШИТЬ 2-Й ЗАКОН, Вечные двигатели
Утверждения Клаузиуса и Кельвина-Планка о втором законе термодинамики сформулированы в терминах невозможности, и многие пытались найти способы сделать невозможное. Кроме того, в статистической механике энтропия по своей сути является статистической, а второй закон термодинамики не выполняется абсолютно, что вдохновляет на попытки систематически нарушать этот закон.
По крайней мере, со средних веков люди пытались создать вечных двигателей, а именно устройств, которые будут работать вечно без затрат энергии в виде работы или топлива. Распространенной формой такого устройства было «перебалансированное» колесо, которое должно было иметь предпочтительное направление вращения. Другой был
Вечная ваза Роберта Бойля, изображенная на рис. 9.17. Он не может работать, потому что гидростатическое давление зависит от высоты и жидкость в трубке не может подняться выше, чем в воронке.
Однако в каждом рассмотренном случае обоснование было не совсем правильным, и не было найдено таких устройств, которые могли бы совершать положительную работу от внешней нагрузки в нарушение второго начала термодинамики. Они также не генерировали энергию в нарушение первого закона термодинамики.
Довольно умный вечный двигатель обсуждался в недавнем выпуске американского математического ежемесячника Тадаси Токиэда. Предлагаемое устройство показано на рис. 9.18. Набор капсул прикреплен через равные промежутки к непрерывному натянутому ремню, который обернут над верхним шкивом и под нижним шкивом. Каждая капсула состоит из ковша с герметичной, непроницаемой, эластичной мембраной, к середине которой прикреплен груз (маленький сплошной черный кружок). В зависимости от ориентации каждой капсулы ее мембрана либо провисает наружу (вниз), увеличивает объем капсулы или прогибается внутрь (также вниз), что уменьшает объем капсулы. Обратите внимание, что для капсул с провисанием мембраны в верхней части капсулы сжатие больше на большей глубине, где давление воды выше.
Вся сборка погружена в воду. На каждой стороне двух вращающихся шкивов имеется одинаковый вес, но капсулы с левой стороны имеют больший объем, чем капсулы с правой стороны.
Ключевой момент 9.23 Чистая выталкивающая сила больше слева, чем справа. Это говорит о том, что шкивы будут постоянно вращаться по часовой стрелке. Наша задача — понять, почему этот вывод ошибочен.
Над каждой капсулой совершается работа силы тяжести, воды, изменения объема капсулы и выталкивающей силы. При движении капсулы вверх на dz: (1) Работа, совершаемая над капсулой силой тяжести, равна dW grscv = —mgdz. (2) Выталкивающая сила равна весу вытесненной воды, pgV, , а работа, совершаемая этой силой, равна = dlFbuoyant = pgVdz. (3) При изменении объема капсулы на дВ. работа, совершаемая над ним водой (помимо выталкивающей силы), равна dli’ waU , r = —P(z)dV, , где P(z) — гидростатическое давление на высоте z, измеряется от дна контейнера. Таким образом, waU, r > 0 при дВ
Рисунок 9.18: Система водяного колеса, которая, кажется, имеет больший объем погруженной капсулы и выталкивающую силу слева, что предполагает постоянное вращение по часовой . (Перепечатано из T. Tadashi, «A Buoyancy-Driven Perpetual Motion Machine», The American Mathematical Monthly 120, 564-566 (2013) с разрешения издателя Taylor & Francis Ltd, http://www. tandfonline.com.)
чистая работа на каждой капсуле
В третьей строке я записал —P(z)clV = —d(P(,z)P)+VdP(z) и использовал уравнение гидростатики dP(z) + pgdz = 0 , Четвертая строка определяет функцию 4 >(z, 6 ). , который полностью определяется высотой капсулы г и ее угловой ориентацией 6 . Эти переменные подразумевают объем капсулы V(z, 0). Если мы проследим за капсулой через полный цикл, который начинается и заканчивается на высоте z, чистая работа, проделанная над ним,
Другой вид, который может улучшить понимание, заключается в том, чтобы сосредоточить внимание на двух капсулах, расположенных на одинаковой высоте с каждой стороны шкива колеса.
1. Применение второй строки уравнения. (9.12) на каждую капсулу с dz > 0 слева и dz 0 справа сумма двух первых слагаемых равна нулю.
2. P(z) одинакова для двух капсул, потому что их высота и угловая ориентация одинаковы. В самый низший порядок, по изменению высоты dz, dV имеет противоположные знаки для капсул и добавляет к нулю.
Это умное устройство не может выполнять какую-либо работу по подъему груза или вращению вала, потому что оно получает нулевую энергию за каждый цикл. Если бы он совершил любую внешнюю работу , он бы истощил свою первоначальную энергию, замедлился бы и остановился.
Ключевой момент 9.24 Наше первоначальное ожидание, основанное на более высокой выталкивающей силе с левой стороны, было неверным. Он игнорировал третий член переменного объема в уравнении. (9.12). С учетом этого термина dlF ne t является точным дифференциалом, который гарантирует, что за один полный цикл dlU ne t = 0. Никакая чистая работа не совершается, и устройство не является вечным двигателем.
Схема вечного колеса, построенного Иоганном Бесслером. От Orffyreus, Grundlicher Bericht von dem Perpetua ac per se Mobili (1715)
В этом посте мы рассмотрим книгу Саймона Шаффера «Шоу, которое никогда не кончается: вечный двигатель в начале восемнадцатого века», British Journal for the History of Science 28 (1995): 157-189, в которой он ставит перед собой задачу объяснить интеллектуальную и политическую жизнеспособность схем вечных двигателей, особенно в «землях, где господствовали Габсбурги, Империя и северная Италия» (162). Это сложная задача, поскольку, как указывает Шаффер, такие машины подвергались широко распространенному сомнению и критике с середины семнадцатого века. Тем не менее, у них действительно было место, и я думаю, что Шаффер достиг здесь того, что он сделал это место более последовательным в соответствии с тем, что мы знаем о том, как в целом инженерные и философские новшества обрабатывались в среде начала 18-го века.
Самый важный шаг, который делает Шаффер, состоит в том, чтобы прояснить, что строгая классификация вечных двигателей как невозможных была различием, которое включало философские проблемы, которые были одновременно тонкими и, в некоторых философских кругах, открытыми для споров. В частности, в то время многие считали саму Вселенную фактически вечным двигателем. Таким образом, невозможность вечного движения основывалась на различии между внешними и внутренними движущими силами машины, между машинами без внешних движущих сил, которые могли бы двигаться вечно, и машинами, которые могли бы выполнять полезную работу, и, конечно, между природой и искусством. Эти различия вполне могут иметь ясное значение для естествоиспытателей и инженеров. Возможно, они были менее значимы при дворе, где схемы вечных двигателей смешивались со схемами новых машин — в частности, гидравлических автоматов и паровых двигателей, — которые просто постоянно двигались 9.0173 .
Примечательно, что выдающийся историк и философ при дворе в Ганновере Готфрид Лейбниц (1646-1716) был главным сторонником полезных механизмов, таких как те, которые он безуспешно предлагал для механизации горных работ в горах Гарца (ссылки на недавняя работа Андре Уэйкфилда по этому поводу). Согласно письмам, которые он написал герцогу Иоганну Фридриху в конце 1670-х годов, изобретение, облегчающее труд, «так сказать, делает мой капитал». Он «имеет эффект и преимущество вечного двигателя, хотя, — осторожно заметил он, — это не так: ибо это вечное движение, какое ищется, невозможно» (164).
Философская возможность вечного двигателя позже станет яблоком раздора в ожесточенных спорах Лейбница с последователями Исаака Ньютона (1642-1727). Ньютон считал, что эффекты гравитации делают Вселенную нестабильной и требуют постоянного божественного вмешательства. Лейбниц нашел этот аргумент теологически неудовлетворительным, написав в 1715 году, что, по мнению его врагов, «у Бога не хватило предвидения, чтобы создать вечный двигатель».
Кларк
Придворный капеллан и помощник Ньютона Сэмюэл Кларк (1675-1729)) возражал, что светские стандарты искусного искусства, подчеркивающие отсутствие необходимости вмешиваться в работу машин, однажды приведенных в движение, не применимы к Богу, который «не только составляет и соединяет вещи, но и сам является автором и постоянным хранителем их первоначальных сил или движущих сил». ». Этот аргумент также имел аналогии в политической философии, поскольку, как утверждал Кларк, утверждения о том, что Вселенная самодостаточна, были сродни безрассудным заявлениям о том, что «в земном правительстве все может идти прекрасно без приказа… чего-либо» (165).
Конечно, правители того времени, как правило, стремились продемонстрировать упорядоченность и процветание своих владений, и изобразить эту упорядоченность и процветание не как требующие постоянного вмешательства, а как более естественное следствие достоинств их абсолютистского режима.
Часть этих добродетелей повлекла за собой мудрое использование покровительства. Правители могли поддерживать практические изобретения и работы — ветряные мельницы, водяные колеса, общественные часы, шахты и металлургические заводы, а также паровые машины, — которые увеличивали торговлю на их землях, одновременно демонстрируя престиж. Соответственно, они часто находили автоматические очки подходящим символом своей власти. Они заказали создание реалистичных часовых автоматов и гидравлически сложных фонтанов, которые могли бы развлекать гостей и, конечно же, преподносить важные политические уроки. Согласно Шафферу (161):
Вечные двигатели были подходящими обитателями придворного и академического мира барочного абсолютизма и легко понимались как символы постоянной работы божественно упорядоченной мировой машины и, следовательно, рационально управляемого государства.
Вот американское видео от имени австрийского туризма, в котором кратко показаны фонтаны и автоматы в замке Хельбрунн недалеко от Зальцбурга. Хотя это, что неудивительно, не улавливает символическую функцию дворцовых гидротехнических сооружений и автоматов — об этом см. блог Элли Труитт «Средневековые роботы», — на самом деле оно немного связано с символикой, встроенной в грот руин:
Чтобы бороться за поддержку в этом мире, проектировщики и естествоиспытатели должны были понять и использовать его правила. В этом вопросе мы можем понимать «Шоу, которое никогда не кончается» как существовавшее в более широкой историографии того времени, сосредоточившись на несколько более раннем периоде, который включал книгу Брюса Морана «Алхимический мир немецкого двора: оккультная философия и химическая медицина в Круг Морица в Гессене (1991), Памела Смит Алхимический бизнес: наука и культура в Священной Римской империи (1994) и Galileo Марио Бьяджоли, Courtier: The Practice of Science in the Culture of Absolutism (1994).
В абсолютистских судах нужно было выставлять напоказ, что ты достоин покровительства. В этом процессе всегда были риски, поскольку неудача могла привести не только к неполучению поддержки, но и к унизительной дискредитации оппонентами. Инженер, изобретатель и настойчивый критик вечных двигателей Дени Папен (1647–1712?), который уже работал на Христиана Гюйгенса и Роберта Бойля, изо всех сил пытался добиться покровительства для своего раннего парового двигателя в Касселе в начале 1700-х годов. Его «репутация не улучшилась, когда один из его двигателей взорвался, ранив самого ландграфа. Пожаловавшись на присутствие «множества могущественных врагов», Папен собрал свои вещи и вернулся в Лондон» (170), где успех продолжал ускользать от него вплоть до его незарегистрированной смерти.
Книга Бесслера 1719 г. Примечательно, что человек не обязательно был обязан разглашать все свои секреты при демонстрации в суде, потому что разрешалось иметь право на охрану своих изобретений. Иоганн Бесслер (ок. 1680–1745), прозванный «Орфирей», отказался осмотреть внутреннюю часть самодвижущегося колеса (см. начало этого поста), что он успешно продемонстрировал в Касселе в 1721 году. обеспечив какую-либо оплату за свое колесо, ему удалось завоевать значительное доверие и интерес к своим претензиям до своего провала.
Если сокрытие не было чем-то из ряда вон выходящим на демонстрациях, недоверчивые естествоиспытатели могли бы утверждать, что это место, где, вероятно, находится внешний привод машины. Шаффер (по своему обыкновению) прилагает некоторые усилия, чтобы выделить и проблематизировать попытки философов представить себя, в силу их «владения абстрактными рациональными принципами» (159), в качестве авторитетных арбитров притязаний изобретателей и проектировщиков. Это само по себе было потенциально ценной социальной ролью, поскольку в начале 18 века были распространены различные инвестиционные схемы. Общеизвестно, что пузырь Южных морей лопнул в 1720 году. В том мире доверчивость, авторитет и финансовый кредит были тесно связаны и всегда вызывали подозрения.
Цель философов, таким образом, состояла в том, чтобы защитить от лживых и вульгарных попыток получить финансовую выгоду, укрепив общее представление о невозможности схем вечных двигателей, подвергнув их насмешкам, излюбленному придворному оружию *, и сделать себя героями. в рассказе их поражение. Такие рассказы, в свою очередь, были частью более широкой «просвещенной историографии», повествующей о «неизбежном и принципиальном установлении равновесия общественного благоразумия против народного заблуждения и барочных фантазий» (160). Таким образом, история заслуженного унижения Бесслера — как он разбил свою машину в ответ на настойчивые расспросы лейденского естествоиспытателя Виллема Гравезанда (1688–1742) и как служанка якобы тайно приводила в движение колесо из соседней комнаты — стала часто повторяемая нравоучительная сказка.
Попытка провести четкую границу между правдоподобным и невозможным была обычным явлением в то время. Как позже указал Лоуренс Принсипи, именно в это же время, в начале 18-го века, было проведено четкое различие между дискредитированной алхимией и заслуживающей доверия химией (предметы, также зависящие от покровительства двора), хотя не было никаких новых причин. предположить, что хризопея (алхимическая трансмутация металлов) невозможна. Позже, в 1775 году, Академия наук в Париже фактически запретила рассмотрение схем вечных двигателей.
Конечно, естествоиспытатели не всегда сотрудничали в попытках выступить единым фронтом по каждому вопросу. Примечательно, что Гравзанд, резкий критик спекулятивных пузырей и одно время надежный ньютонианец, пришел к выводу, что вечный двигатель действительно возможен. Как мы видели в Части 2 этой серии, в 1721 году Гравезанд разработал эксперименты (в сотрудничестве с мастером инструментов Яном ван Мусшенбруком, , позже известным лейденским банком [на самом деле, это был его брат Питер]), в которых он измерил отпечатки, оставленные на воске твердыми шариками, падающими с разной высоты. Он утверждал, что эти измерения подтвердили теорию Лейбница.0173 vis viva концепт.
Однако Гравзанд также соединил концепцию vis viva с ньютоновской концепцией активных начал (например, гравитации или магнетизма), которыми может быть наделена материя. Таким образом, вопреки Ньютону и Лейбницу, Гравесанд считал, что активные принципы можно использовать для восполнения движения в автономном устройстве. Эта позиция была поддержана Иоганном Бернулли (1667-1748), который тогда был вовлечен в спор о происхождении исчисления с последователями Ньютона. Он считал, что «смешанное вечное движение, то есть такое, при котором искусство и природа объединяются, чтобы увековечить движение» (180), вполне возможно. Хотя Гравесанде в конечном итоге сыграет ключевую роль в падении Бесслера в Касселе, в тот момент предварительная поддержка его и Бернулли сыграла решающую роль в создании широкого интереса к колесу Бесслера.
Неофициальный логотип проекта The Board of Longitude papers: сумасшедший, пытающийся определить долготу; из «Прогресса повесы» Уильяма Хогарта (1735 г.).
Я уже указывал ранее, что, поскольку Шаффер критикует морально-нагруженные басни «просвещенной» истории, он обычно строит свои собственные истории вокруг излюбленной морали научно-исследовательской дисциплины. Эти морали обычно связаны с глубокими трудностями в управлении процессами рационального согласия. Эта статья, конечно же, иллюстрирует, почему даже после начала 18 века схемы вечных двигателей могли продолжать вызывать интерес и доверие. Важный параллельный урок состоит в том, что недоверие также может быть основано на схемах, которые, по мнению философов и инженеров, не были строго невозможными. Как подчеркивает Кембриджско-Гринвичский совет по долготе (в котором Шаффер является ведущим), в начале 18 века определение долготы в море часто изображалось как дурацкая затея, в культурном отношении эквивалентная созданию вечного двигателя или превращению свинца в золото. .
—
*Кстати, французский фильм 1996 года Ridicule — это превосходный взгляд на «медицинское Просвещение» и его зависимость от придворной культуры ancien Régime и противоречия с ней.
Нравится:
Нравится Загрузка…
Роберт Бойль (Дневник Сэмюэля Пеписа)
Роберт Бойль FRS [5] (/bɔɪl/; 25 декабря 1627 г. – 6 января 1627 г.) англо-ирландский [6] естествоиспытатель, химик, физик, алхимик и изобретатель. Сегодня Бойля в значительной степени считают первым современным химиком и, следовательно, одним из основателей современной химии и одним из пионеров современного экспериментального научного метода. Он наиболее известен законом Бойля, [7] , который описывает обратно пропорциональную зависимость между абсолютным давлением и объемом газа, если температура поддерживается постоянной в замкнутой системе. [8] Среди его работ Химик-скептик считается краеугольным камнем книги в области химии. Он был набожным и благочестивым англиканцем и известен своими работами по теологии. [9] [10] [11] [12]
Содержимое
1 Биография
1.1 Первые годы
1.2 Средние годы
1.3 Поздние годы
2 Научный исследователь
3 Теологические интересы
4 Награды и почести
5 Важные работы
6 См. также
7 Каталожные номера
8 Дальнейшее чтение
9 Внешние ссылки
Биография
Ранние годы
Бойл родился в замке Лисмор в графстве Уотерфорд, Ирландия, и был седьмым сыном и четырнадцатым ребенком 1-го графа Корка («Великого графа Корка») и Кэтрин Фентон. [13] Лорд Корк, известный тогда просто как Ричард Бойл, прибыл в Дублин из Англии в 1588 году во времена Тюдоровских плантаций в Ирландии и получил назначение в качестве заместителя конфискатора. Ко времени рождения Роберта он накопил огромное состояние и земельные владения и в октябре 1620 года был назначен графом Корк. Кэтрин Фентон, графиня Корк, была дочерью сэра Джеффри Фентона, бывшего государственного секретаря Ирландии, который был родилась в Дублине в 1539 г., и Элис Уэстон, дочь Роберта Уэстона, родившегося в Лисморе в 1541 г. [14]
В детстве Бойла воспитывала кормилица [15] , как и его старшие братья. Бойль получил частное репетиторство по латыни, греческому и французскому языкам, а когда ему было восемь лет, после смерти матери его и его брата Фрэнсиса отправили в Итонский колледж в Англии. Друг его отца, сэр Генри Уоттон, был тогда ректором колледжа. [13]
В это время его отец нанял частного репетитора, Роберта Кэрью, который знал ирландский язык, чтобы тот работал репетитором для своих сыновей в Итоне. Однако «только г-н Роберт иногда желает этого [ирландского] и немного в него вникает», но, несмотря на «множество причин», приведенных Кэрью, чтобы обратить на него свое внимание, «они практикуют французский и латынь, но они не затрагивают Ирландцы». [16] Проведя более трех лет в Итоне, Роберт отправился за границу с учителем французского. Они посетили Италию в 1641 году и остались во Флоренции на зиму того же года, изучая «парадоксы великого звездочета» Галилео Галилея, который был пожилым, но все еще жил в 1641 году. вернулся в Англию из континентальной Европы в середине 1644 года с большим интересом к научным исследованиям. [17] Его отец, лорд Корк, умер в предыдущем году и оставил ему поместье Сталбридж в Дорсете, а также значительные поместья в графстве Лимерик в Ирландии, которые он приобрел. Затем Роберт поселился в Сталбридж-Хаусе между 1644 и 1652 годами и устроил лабораторию, где проводил множество экспериментов. [18] С этого времени Роберт посвятил свою жизнь научным исследованиям и вскоре занял видное место в группе исследователей, известной как «Невидимый колледж», которые посвятили себя культивированию «новой философии». Они часто встречались в Лондоне, часто в Грешам-колледже, а у некоторых членов также были встречи в Оксфорде. [13]
Скульптура мальчика, предположительно Бойля, на памятнике его родителям в соборе Святого Патрика в Дублине.
Совершив несколько визитов в свои ирландские поместья, начиная с 1647 года, Роберт переехал в Ирландию в 1652 году, но был разочарован своей неспособностью добиться прогресса в своей химической работе. В одном письме он описал Ирландию как «варварскую страну, где химические спирты были настолько неправильно поняты, а химические инструменты настолько труднодоступны, что в ней трудно было иметь какие-либо герметические мысли». [19]
В 1654 году Бойль уехал из Ирландии в Оксфорд, чтобы более успешно продолжить свою работу. Надпись можно найти на стене Университетского колледжа в Оксфорде, на Хай-стрит в Оксфорде (ныне местонахождение Мемориала Шелли), отмечая место, где Кросс-холл стоял до начала 19 века. Именно здесь Бойль снимал комнаты у богатого аптекаря, которому принадлежал Зал.
Прочитав в 1657 году о воздушном насосе Отто фон Герике, он с помощью Роберта Гука принялся разрабатывать усовершенствования в его конструкции, и в результате в 1659 году была завершена «machina Boyleana» или «Пневматический двигатель». , он начал серию экспериментов со свойствами воздуха и ввел термин искусственный воздух. [7] [13] Отчет о работе Бойля с воздушным насосом был опубликован в 1660 году под заголовком Новые физико-механические эксперименты, касаясь весны воздуха и ее эффектов . [13]
Среди критиков взглядов, изложенных в этой книге, был иезуит Фрэнсис Лайн (1595–1675), и именно, отвечая на его возражения, Бойль впервые упомянул о законе, который том газ изменяется обратно пропорционально давлению газа, что среди англоязычных людей обычно называют законом Бойля по его имени. [13] Первым, кто сформулировал эту гипотезу, был Генри Пауэр в 1661 году. Бойль в 1662 году включил ссылку на статью, написанную Пауэром, но ошибочно приписал ее Ричарду Таунли. В континентальной Европе эту гипотезу иногда приписывают Эдме Мариотту, хотя он не публиковал ее до 1676 года и, вероятно, в то время знал о работах Бойля. [20]
Одна из записных книжек Роберта Бойля (1690–1691), хранящихся в Лондонском королевском обществе. В архивах Королевского общества хранится 46 томов философских, научных и богословских статей Бойля и семь томов его переписки.
В 1663 году Незримый Колледж стал Лондонским Королевским Обществом Совершенствования Естествознания, а учредительный договор, выданный Карлом II Английским, назначил Бойля членом совета. В 1680 году он был избран президентом общества, но отказался от этой чести из-за сомнений по поводу присяги. [13]
Он составил «список пожеланий» из 24 возможных изобретений, в которые вошли «продление жизни», «искусство летать», «вечный свет», «делать доспехи легкими и чрезвычайно прочными», корабль, чтобы плыть со всеми ветрами, и корабль, который нельзя потопить», «практичный и верный способ определения долготы», «сильнодействующие лекарства, изменяющие или возвышающие воображение, бодрствование, память и другие функции и успокаивающие боль, обеспечивающие невинный сон, безвредные». мечты и др.». Все, кроме нескольких из 24, сбылись. [21] [22]
В 1668 году он уехал из Оксфорда в Лондон, где поселился в доме своей старшей сестры Кэтрин Джонс, леди Ранелаг, на Пэлл-Мэлл. [13] Он проводил эксперименты в домашней лаборатории и посещал салон интеллектуалов, интересующихся наукой. Братья и сестры поддерживали «интеллектуальное партнерство на протяжении всей жизни, когда брат и сестра делились лекарствами, продвигали научные идеи друг друга и редактировали рукописи друг друга». [23] Его современники широко признавали влияние Кэтрин на его творчество, но более поздние историографы исключили обсуждение ее достижений и отношений с братом из своих историй.
Более поздние годы
Мемориальная доска на месте экспериментов Бойля и Гука в Оксфорде
В 1669 году его здоровье, никогда не отличавшееся особой крепостью, начало серьезно ухудшаться, и он постепенно отказался от своих общественных мероприятий, прекратив общение с Королевским обществом и рекламируя свое желание быть освобожденным от приема гостей, «за исключением очень чрезвычайных случаев», во вторник и пятницу до полудня, а также в среду и субботу после обеда. На досуге, полученном таким образом, он хотел «набраться духа, рассортировать свои бумаги» и подготовить некоторые важные химические исследования, которые он предлагал оставить «как своего рода герметическое наследие прилежным ученикам этого искусства», но которые он сделал. не раскрывать природу. Его здоровье еще больше ухудшилось в 169 г.1, [13] , и он умер 31 декабря того же года, [24] , всего через неделю после смерти его сестры Кэтрин, в доме которой он жил и с которой более двадцать лет. Бойль умер от паралича. Он был похоронен на кладбище Святого Мартина в полях, его надгробная проповедь была произнесена его другом, епископом Гилбертом Бернетом. [13] В своем завещании Бойль посвятил серию лекций, которые стали известны как лекции Бойля.
Научный исследователь
Воздушный насос Бойля
Большая заслуга Бойля как научного исследователя заключается в том, что он реализовал принципы, которые Фрэнсис Бэкон поддержал в Novum Organum . И все же он не хотел признавать себя последователем Бэкона или любого другого учителя. [13]
В нескольких случаях он упоминает, что должен сохранять свое суждение настолько беспристрастным, насколько это возможно в отношении любой из современных философских теорий, пока ему не «предоставят эксперименты», которые помогут ему судить о них. Он воздерживался от какого-либо изучения атомарной и картезианской систем и даже самого Novum Organum, хотя и признается, что «временно советовался» с ними по поводу некоторых деталей. Ничто не было более чуждо его умственному темпераменту, чем выдвижение гипотез. Он рассматривал приобретение знаний как самоцель, и, как следствие, он приобрел более широкий взгляд на цели научного исследования, чем его предшественники на протяжении многих столетий. Это, однако, не означало, что он не обращал внимания на практическое применение науки или что он презирал знания, которые имели тенденцию к использованию. [13]
Рис. 3: Иллюстрация Excerptum ex collectionibus philosophicis anglicis. .. novum genus lampadis à Rob. Бойль … опубликовано в Acta Eruditorum, 1682
Роберт Бойль был алхимиком; [25] и полагая, что трансмутация металлов возможна, он проводил эксперименты в надежде добиться этого; и он сыграл важную роль в отмене в 1689 году статута Генриха IV против умножения золота и серебра. [26] [13] Со всеми важными работами, которые он проделал в физике – формулировкой закона Бойля, открытием роли воздуха в распространении звука и исследованиями расширяющей силы замерзающей воды, на удельные веса и силы преломления, о кристаллах, об электричестве, о цвете, о гидростатике и т. д. — химия была его своеобразным и любимым занятием. Его первой книгой на эту тему была книга «Химик-скептик» , опубликованная в 1661 году, в которой он критиковал «эксперименты, посредством которых вульгарные спагиристы имеют обыкновение пытаться доказать, что их Соль, Сера и Ртуть являются истинными Принципами Вещей». Для него химия была наукой о составе веществ, а не просто дополнением к искусству алхимика или врача. [13]
Он поддержал точку зрения на элементы как на неразложимые составляющие материальных тел; и сделал различие между смесями и соединениями. Он добился значительных успехов в технике обнаружения их ингредиентов, процесс, который он обозначил термином «анализ». Далее он предположил, что элементы в конечном счете состоят из частиц различных видов и размеров, на которые, однако, их нельзя было разложить каким-либо известным способом. Он изучал химию горения и дыхания и проводил эксперименты по физиологии, где, однако, ему мешала «нежность его натуры», удерживавшая его от анатомических вскрытий, особенно от вивисекций, хотя он знал, что они «весьма поучительны». «. [13]
Теологические интересы
Помимо философии, Бойль много времени уделял богословию, проявляя очень решительную склонность к практической стороне и равнодушие к спорной полемике. Во время Реставрации короля в 1660 г. он был благосклонно принят при дворе, а в 1665 г. получил бы должность ректора Итонского колледжа, если бы согласился принять священный сан, но отказался сделать это на том основании, что его сочинения на религиозные темы имеют больший вес, исходящие от мирянина, чем от наемного служителя церкви. [13]
Более того, Бойль включил свои научные интересы в теологию, полагая, что натурфилософия может предоставить убедительные доказательства существования Бога. В таких работах, как Disquisition about the Final Causes of Natural Things (1688), например, он критиковал современных философов, таких как Рене Декарт, которые отрицали, что изучение природы может многое рассказать о Боге. Вместо этого Бойль утверждал, что естествоиспытатели могли бы использовать рисунок, явно демонстрирующийся в некоторых частях природы, чтобы продемонстрировать участие Бога в мире. Он также пытался решать сложные богословские вопросы, используя методы, основанные на его научной практике. В Некоторые физико-богословские размышления о возможности воскресения (1675 г.) он использовал химический эксперимент, известный как приведение в первозданное состояние, как часть попытки продемонстрировать физическую возможность воскресения тела. На протяжении всей своей карьеры Бойль пытался показать, что наука может поддержать христианство. [27]
В качестве директора Ост-Индской компании [28] он тратил большие суммы на содействие распространению христианства на Востоке, щедро содействуя миссионерским обществам и оплачивая расходы по переводу Библии или ее частей. его на различные языки. [13] Бойль поддерживал политику, согласно которой Библия должна быть доступна на родном языке людей. Версия Нового Завета на ирландском языке была опубликована в 1602 году, но во взрослой жизни Бойля была редкостью. В 1680–1685 годах Бойль лично финансировал издание Библии, как Ветхого, так и Нового Завета, на ирландском языке. [29] В этом отношении отношение Бойля к ирландскому языку отличалось от протестантского класса господства в Ирландии того времени, которое в целом было враждебно настроено по отношению к этому языку и в значительной степени выступало против использования ирландского языка (не только как языка религиозного культа). ). [30]
Бойль также придерживался моногенистской точки зрения на происхождение расы. Он был пионером в изучении рас и считал, что все люди, какими бы разнообразными ни были их физические различия, произошли от одного и того же источника: Адама и Евы. Он изучил сообщения о том, что у родителей рождались разноцветные альбиносы, поэтому он пришел к выводу, что Адам и Ева изначально были белыми и что европеоиды могли рождать разноцветные расы. Бойль также распространил теории Роберта Гука и Исаака Ньютона о цвете и свете через оптическую проекцию (в физике) на дискурсы полигенезиса, [31] предположил, что, возможно, эти различия были связаны с «первичными впечатлениями». Принимая это во внимание, можно считать, что в свое время он придумал хорошее объяснение цвета лица, поскольку теперь мы знаем, что цвет кожи определяется генами, которые на самом деле содержатся в сперме. В трудах Бойля упоминается, что в его время для «Европейских глаз» красота измерялась не столько цветом кожи, сколько «ростом, миловидной симметрией частей тела и хорошими чертами лица». [32] Различные члены научного сообщества отвергли его взгляды и охарактеризовали их как «тревожные» или «забавные». [33]
В своем завещании Бойль выделил деньги на серию лекций в защиту христианской религии от тех, кого он считал «отъявленными неверными, а именно атеистов, деистов, язычников, иудеев и мусульман», с условием, что разногласия между Христиан не упоминалось (см. Лекции Бойля). [34] [13]
Награды и награды
Премия Роберта Бойля за аналитическую науку 2014 г.
Статуя Бойля в Лисморе, графство Уотерфорд, Ирландия
Как основатель Королевского общества, он был избран членом Королевского общества (FRS) в 1663 г. [5] Закон Бойля назван в его честь. Королевское химическое общество присуждает премию Роберта Бойля в области аналитических наук, названную в его честь. Медаль Бойля за научные достижения в Ирландии, учрежденная в 189 г.9, присуждается совместно Королевским обществом Дублина и The Irish Times. [35] Открытая в 2012 году Летняя школа Роберта Бойля, организованная Технологическим институтом Уотерфорда при поддержке замка Лисмор, ежегодно проводится в честь наследия Роберта Бойля. [36]
Важные работы
Титульный лист Химик-скептик (1661)
Самотекущая колба Бойля, вечный двигатель, кажется, наполняется через сифон («гидростатический вечный двигатель») и включает в себя «гидростатический парадокс» [37] На самом деле это невозможно; сифон требует, чтобы его «выход» был ниже «входа».
Титульный лист « Новые эксперименты и наблюдения над холодом» (1665)
Ниже приведены некоторые из наиболее важных его работ: Весна воздуха и их эффекты
1661 – Химик-скептик
1662 — К чему добавлено объяснение авторов экспериментов в защиту против возражений Франциска Линуса и Томаса Гоббса (книжное приложение ко второму изданию Новые физико-механические эксперименты )
1663 – Соображения, касающиеся полезности экспериментальной натурфилософии (за которой последовала вторая часть в 1671 г.)
1664 – Эксперименты и размышления о цветах с наблюдениями за бриллиантом, светящимся в темноте
1665 – Новые эксперименты и наблюдения на холоде
1666 – Гидростатические парадоксы [38]
1666 – Происхождение форм и качеств согласно корпускулярной философии . (Продолжение его работы о воздушной пружине показало, что снижение атмосферного давления может привести к образованию пузырей в живых тканях. Это описание гадюки в вакууме было первым зарегистрированным описанием декомпрессионной болезни.) [39]
1669 – Продолжение новых физико-механических экспериментов, прикосновение к весне и весу воздуха и их действие
1670 – Трактаты о космических свойствах вещей, температуре подземной и подводной областей, морского дна и т. д. с введением в историю особых качеств
1672 – Происхождение и достоинства драгоценных камней
1673 — Очерки странной тонкости, большой эффективности, определяющей природы миазмов
1674 – Два тома трактатов о Солености Моря, Подозрениях о Скрытых Реальностях Воздуха, Холода, Небесных Магнитов
1674 – Анимационные версии «Проблемы вакуума» мистера Гоббса
1676 — Эксперименты и заметки о механическом происхождении или производстве определенных качеств, включая некоторые заметки об электричестве и магнетизме
1678 – Наблюдения за искусственным светящимся веществом без какой-либо предшествующей иллюстрации
1680 – Воздушная ноктилука
1682 – Новые эксперименты и наблюдения над ледяной ноктилукой (дальнейшее продолжение его работы в эфире)
1684 – Мемуары по естественной истории человеческой крови
1685 — Краткие воспоминания о естественной экспериментальной истории минеральных вод
1686 – Свободное исследование общепринятого представления о природе
1690 – Гидростатическая медицина
1691 – Experimenta et Observationes Physicae
Среди его религиозных и философских сочинений были:
1648/1660 – Серафическая любовь , написано в 1648 году, но не публиковалось до 1660 года
1663 – Некоторые соображения, касающиеся стиля H [ oly ] Писания
1664 – Превосходство теологии в сравнении с натуральной философией
1665 — Случайные размышления о нескольких предметах, которые были высмеяны Свифтом в « Медитации на метле» и Батлером в «Случайных размышлениях о том, как доктор Чарльтон чувствует пульс собаки» в Грешем-колледже 9. 0143
1675 – Некоторые соображения о примиримости разума и религии с рассуждениями о возможности воскресения
1687 – Мученичество Феодоры и Дидима
1690 – Христианин-виртуоз
1665 копия «Новые эксперименты и наблюдения над холодом»
1661 копия Бойля «Некоторые физиологические очерки, написанные в отдаленные времена и по разным поводам»
Первая страница «Некоторых физиологических очерков, написанных в отдаленные времена и по разным поводам» (1661 г.)
1725 издание «Философские труды достопочтенного Роберта Бойля», тома 1-3
Первая страница издания 1725 года «Философские труды достопочтенного Роберта Бойля», тома 1–3.
Анаэробное сбраживание — процессы, с помощью которых микроорганизмы разрушают биоразлагаемый материал в отсутствие кислорода, раздел истории
.
Христианский виртуоз , одна из богословских работ Бойля
Эксперимент с птицей в воздушном насосе – 1768 г., картина, написанная маслом на холсте, Джозефа Райта из Дерби, картина, демонстрирующая один из экспериментов Бойля
Температура Бойля, термодинамическая величина имени Бойля
Джордж Старки 9 a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t Одно или несколько предыдущих предложений включают текст из публикации, находящейся в открытом доступе: Chisholm, Hugh, ed. (19 Акотт, К. (1999). «Краткая история дайвинга и декомпрессионной болезни». Журнал Южнотихоокеанского общества подводной медицины . 29 (2). ISSN 0813-1988. OCLC 16986801. Проверено 17 апреля 2009 г. .
Дополнительная литература
М. А. Стюарт (ред.), Selected Philosophical Papers of Robert Boyle , Indianapolis: Hackett, 1991.
Фултон, Джон Ф., Библиография достопочтенного Роберта Бойля, члена Королевского общества . Второе издание. Оксфорд: в Clarendon Press, 1961.
.
Хантер, Майкл, Бойл: Между Богом и наукой , Нью-Хейвен: Издательство Йельского университета, 2009. ISBN 978-0-300-12381-4
Хантер, Майкл, Роберт Бойл, 1627–1691: Скрупулезность и наука , The Boydell Press, 2000
Principe, Lawrence, Стремящийся адепт: Роберт Бойль и его алхимические поиски , Princeton University Press, 1998
Шапин, Стивен; Шаффер, Саймон, 9 лет0013 Левиафан и воздушный насос.
Бен-Закен, Авнер, «Исследуя себя, экспериментируя с природой», в Чтение Хайя Ибн-Якзана: кросс-культурная история автодидактизма (Johns Hopkins University Press, 2011), стр. 101–126. ISBN 978-0801897399
Работы Бойля, опубликованные в Интернете
Химик-скептик — Проект Гутенберг
Эссе о достоинствах драгоценных камней — Фонд драгоценных камней и бриллиантов
Эксперименты и соображения Касание цветов – Основа с драгоценными камнями и бриллиантами
Эксперименты и соображения Касание цветов – Проект Гутенберг
Бумаги Бойля Лондонский университет
Гидростатические парадоксы – Google Книги
Внешние ссылки
Роберт Бойл, Интернет-энциклопедия философии
Работы Роберта Бойля или о нем в Интернет-архиве
Читаемые версии Превосходства механической гипотезы, Превосходства теологии и Происхождения форм и качеств
Проект Роберта Бойля, Биркбек, Лондонский университет
Резюме сопоставления «Скептический химик» Бойля и его «Христианский виртуоз»
Связь между наукой и Писанием в мысли Роберта Бойля
Роберт Бойль и его алхимические поиски: включая «Потерянный» диалог Бойля о превращении металлов, Princeton University Press, 1998, ISBN 0-691-05082-1
Роберт Бойл (1690) Experimenta et рассуждение о цвете – цифровое факсимиле из библиотеки Линды Холл
Двигатели нашей изобретательности: Энергия – вечное наслаждение
Цикл скудости и изобилия должен был теперь повториться. Но следующей нехватки энергии еще не возникнет. Депопуляция на самом деле означала лучшую жизнь для выживших. И так на протяжении почти трех столетий. Ренессанс — это «великое пробуждение» — начался с населения Европы около 50 миллионов человек. Сравните это с 73 миллионами незадолго до чумы. Лишь в 17 веке Европа достигла — а затем и превзошла — население, существовавшее до чумы.
Использование угля вместо дров в постчумной Европе продолжало расти. Не говоря уже о городской грязи и копоти; по крайней мере в Европе было бытовое и технологическое тепло. Работая на угле, он устремился вперед, в будущее, не знающее границ. И население снова увеличилось.
Наземный уголь скоро закончился. Затем глубокие шахты давали еще более качественный уголь — по крайней мере, до тех пор, пока шахты не начали опускаться до уровня грунтовых вод. Кроме того, при добыче полезных ископаемых потребуются насосы для отвода просачивающейся воды. А насосы, которые могут откачивать эти шахты, требуют гораздо больше энергии, чем могут обеспечить животные. Шахты обычно не располагались рядом с ручьями для привода водяных колес. И ветряная мельница может заглохнуть, когда люди будут работать в мокрых туннелях внизу.
Таким образом, Европа начала испытывать нехватку угля как раз тогда, когда ее население, наконец, превысило численность населения 14-го века. И отчаяние вновь наложило руку на землю. Отчаяние — крайняя необходимость — считается матерью изобретательности. Ну, я не мог не согласиться больше. Родители изобретения — свобода и удовольствие от изобретения. Мы, люди, делаем очень странных вещей, когда находимся в отчаянном положении.
В основе проблемы лежал вопрос: что такое энергия? Если нам нужен запас энергии, мы действительно должны знать, что это такое. Ну вопрос был только начал , чтобы привлечь внимание в 17 веке. И средневековым инженерам даже в голову не пришло . Предположим, вы попросили бы средневекового слесаря объяснить, скажем, механическую энергию, вырабатываемую ветряной мельницей или водяным колесом. Ну, силы не закончились ни для одного. Это просто продолжало прибывать. Энергия, очевидно, была предоставлена Богом — не для нашего понимания.
Дж. Х. Линхард со своим собственным вечным двигателем с центральным колесом. (Увы, не получилось!)
К середине 13 века широкое использование энергии воды и ветра породило в средневековом сознании своего рода манию к такой силе. Сила, которой располагал средний человек, увеличилась примерно в четыре раза. И там было без явного предела. Люди не знали, что такое энергия, но когда они увидели, что она может сделать для них, они захотели большего — и большего.
Так что вряд ли можно удивиться тому, куда они повернулись — в 13 веке и снова, когда в 17 веке с энергоснабжением стало туго. На латыни было вечный двигатель . Люди искали способы задействовать вечный двигатель . Теперь, когда мы с вами говорим о вечном двигателе, мы имеем в виду тот, который производит энергию, не получая еще больше энергии в другой форме. Скажем, двигатель, который вырабатывает электрическую энергию, не потребляя еще больше энергии, высвобождаемой из угля.
С 1850 года мы все согласны с законами термодинамики, согласно которым такие машины не могут существовать. (Ну, почти все мы. Я до сих пор каждый год получаю десятки предложений по вечным двигателям. Мне приходится решать неприятную задачу убеждать людей, что их очень умные идеи потерпят неудачу, если они когда-нибудь будут построены.)
Но это сейчас. Давайте попробуем вернуться к мышлению средневекового инженера, жаждущего большей власти. В течение многих лет он наблюдал, как его водяные колеса крутятся, крутятся и крутятся. Ветряные мельницы крутятся и останавливаются на некоторое время, но затем снова вращаются. Его глаза говорят ему, что вечное движение, очевидно, есть , потому что Дыхание Бога всегда здесь.
Еще в 1150 году нашей эры индусский математик Бхаскара предложил машину, которая производила бы непрерывную энергию. Это было достаточно просто — колесо с грузами, установленными вокруг его обода, так что они поворачивались радиально наружу с одной стороны и внутрь с другой. Колесо должно было оставаться разбалансированным и вращаться вечно. Средневековые инженеры ничего не знали о сохранении ни энергии, ни углового момента. Они никак не могли понять, почему такая машина обречена на провал.
Колесо со сверхцентрированием попало к мусульманам в 1200 г., а во Францию - к 1235 г. В течение следующих 500 лет бесчисленное количество писателей рекомендовали это гениальное, хотя и невозможное, маленькое устройство. Интересно, они когда-нибудь пытались его сделать? Да, конечно. А машины всегда подводили. Однако для тех, кто верил в возможность вечного двигателя, неудача просто означала, что пропорции еще не совсем правильные. Неудача не ослабила надежд. (На самом деле я до сих пор получаю письма от изобретателей с новыми вариациями этой старой идеи.)
Слева: идея Виллара де Оннекура о вечном двигателе с центральным колесом, 1235 год нашей эры. Справа: идея конца 17-го века о насосе, приводимом в действие вечным двигателем с центральным колесом. как показано в «Театре новых машин» Бёклера
Ученые, наконец, начали признавать невозможность вечного двигателя, но только в конце 17 века. И только в 18 веке у инженеров появилась математика, показывающая, что колесо со сверхцентром никогда не сработает. Не прошло и полутора столетий с тех пор, как в учебники были включены термодинамические законы, отрицающие вечное движение.
Идея Роберта Бойля о гидростатическом вечном двигателе
Но каждое новое физическое явление, которое мы открываем, пробуждает новые надежды на вечный двигатель. Каждая новая сила природы побуждала и до сих пор побуждает людей искать способы ее использования для производства энергии без ее потребления. Верно и обратное.
Поиски вечного двигателя привели к изобретению механических часов. Наконец, это привело к лучшему пониманию статического электричества, поверхностного натяжения, магнетизма, гидростатических сил и так далее. Некоторые люди до сих пор ищут это вопреки физике, которая говорит, что это невозможно. Другие просто ищут еще не придуманные способы продолжать обходить эти законы для получения силы — осмелюсь сказать, новые средства подключения к Дыханию Бога.
Так в конце 17 века столкнулись две идеи. Во-первых, вечный двигатель был невозможен. Во-вторых, вечный двигатель спасет нас, приводя в действие насосы, необходимые для добычи угля в пластах ниже уровня грунтовых вод. Ну, они явно не могли этого сделать. И мы все еще сжигаем уголь сегодня. Итак, давайте теперь посмотрим, как мы увернулись от пули именно в этот 11-й час?
Концепция многоэтажной перекачивающей башни Динамо – Мир философии Рона Дая
Опубликовано в Колба Бойля, Энергия, Метафизика, Парадокс, Вечный двигатель, Философия науки, Физика
Жунцин Дай, доктор философии.
1. Заблуждение вокруг самотечной колбы
Более трех столетий назад Роберт Бойль сконструировал знаменитую самотечную колбу (Википедия 2021a [[1]]) (см. рис. 1). Кажется, нет никаких доказательств того, что он когда-либо делал эту фляжку; вместо этого он стал популярным примером, демонстрирующим невозможность вечной машины, и даже был представлен под названием «гидростатический парадокс» (Paradox Parkway 2021[[2]]), или «гидростатический вечный двигатель», или даже «капиллярная чаша». (Nagdev 2020[[3]], Geeksoutofthebox 2021[[4]]). Все эти неправильные представления серьезно исказили мировоззрение о природе самотекущего движения Бойля и, что более серьезно, препятствовали коллективным человеческим усилиям по получению чистой и экономически доступной энергии. Таким образом, это письмо должно начаться с развенчания упомянутых выше популярных и далеко идущих заблуждений о знаменитом самотекущем движении Бойля.
Рисунок 1. Самотекущая колба Бойля
(из общественного достояния, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=95851)
1.1. Самотечная колба Бойля не является капиллярной системой
Как видно из изображения самотёка на рис. капиллярное действие, которое вызвано сочетанием поверхностного натяжения и сил сцепления между жидкостью и стенкой контейнера, приводящих в движение жидкость (статьи JRank 2013 [[5]]). Кроме того, почти невозможно, чтобы термин «капилляр» приходил в голову Бойлю, когда он представлял самотечную колбу, поскольку он был первым человеком, который начал теоретическое разграничение между сифоном и капиллярным явлением (Boyle 1660 [[6]). ]]). Поэтому называть самотечную колбу Бойля «капиллярной чашей», очевидно, является признаком смешения сифонных и капиллярных явлений.
1.2. Самотечное движение Бойля не является гидростатическим
Но для большинства людей основная путаница в самотекущей колбе Бойля заключается в том, что она воспринимается как гидростатическая проблема, тогда как на самом деле это гидродинамическая проблема, поскольку жидкость будет течь в системе. Причина столь распространенного издавна среди ученых всего мира заблуждения удивительна, но неясна. Чтобы предположить, психологической причиной такого простого и очевидного заблуждения может быть предположение, что потока никогда не будет, поэтому можно было бы рассматривать это как гидростатическую проблему.
На самом деле, форма сифонной трубки на Рисунке 1, которая, как считается, скопирована из какого-то исторического документа, указывает на то, что, по крайней мере, люди во времена Бернулли уже знали о динамическом характере самотечной колбы Бойля, потому что форма благоприятна для установления динамического потока в колбе в соответствии со знаменитым уравнением Бернулли, выведенным Даниэлем Бернулли в 1738 году. Если бы колбу на Рисунке 1 можно было бы даже проследить до времен Бойля (или если бы это был оригинальный рисунок самого Бойля) , то это может быть хорошим признаком того, что Бойль предложил идею самотечной фляги не без оснований. Кроме того, говорят, что Иоганн Бернулли, отец Даниила Бернулли, принял самотекучую колбу Бойля (как жизнеспособную) (Википедия 2021b[[7]]), что позволяет нам предположить, что он мог реализовать жизнеспособность самоточного движения Бойля на основе уравнения его сына.
Независимо от того, знали Бойль или Бернулли динамическую природу самотекущего движения Бойля или нет, современным ученым странно, что это изобретение трех с половиной столетий назад до сих пор претендует на гидростатический парадокс.
1.3. Самотекучее движение Бойля не является вечным двигателем, порождающим свободную энергию
Наиболее серьезное и давнее заблуждение, которое глубоко препятствует изучению самотекущего движения Бойля, — это утверждение, что самотекущая колба Бойля является невозможным воображаемым вечный двигатель (например, Wikipedia 2021c [[8]], Pomeroy 2018 [[9]]], McFadden 2020 [[10]]). Здесь я не собираюсь комментировать тему так называемого вечного двигателя, а скорее напомню слушателям простой очевидный факт, который уже давно странно выкручивают на свободе: самотечная колба Бойля не является вечным двигателем. машина любого вида, особенно не генератор свободной энергии, как это было высечено схоластическим сообществом.
Причина предельно проста и очевидна: если бы установилось самотечное движение Бойля, то атмосфера совершала бы непрерывную работу над поверхностью жидкости в колбе в течение всего процесса движения. Если бы мы могли извлекать энергию из самотекущего движения Бойля (как предлагается далее в этом письме), энергия извлекалась бы не из ниоткуда, а скорее из совершенно ясного источника: атмосферы.
Если самотекущее движение Бойля можно назвать вечным двигателем, то ветряная турбина, солнечная панель и геотермальный генератор энергии должны называться вечными двигателями, поскольку все они преобразуют энергию, существовавшую ранее в природе, в кинетическую или химической энергии или непосредственно в электрическую энергию.
Неоспоримый психологический эффект присвоения Бойлевскому самотеку в целом уничижительного названия «вечный двигатель» явно прослеживается из негативного отношения научного сообщества к возможности Бойлевского самотечения. Этот негативный психологический эффект был затем усугублен вышеупомянутым описанием самотекущего движения Бойля как гидростатического, а не гидродинамического, что повлекло бы за собой практику анализа состояния жидкости в колбе со статической точки зрения, а не с ее должной динамической точки зрения. Посмотреть.
Несомненно, создание любого вида самотекущего движения Бойля не было бы тривиальной задачей, но сочетание уничижительного ярлыка «вечного двигателя» и ошибочного статического анализа, несомненно, еще больше обескуражило любую приличную любопытную попытку Изготовление рабочей модели колбы Бойля.
1.2. Некоторое осмысленное плавное движение Бойля с забавным внешним видом
Достижения в области видеотехнологий и социальных сетей создали для людей возможности делиться своими ремеслами всех видов в Интернете. Самотекущая колба Бойля или связанные с ней безостановочные фонтаны — одна из популярных тем, которые исследуются производителями онлайн-контента. Большинству видеороликов в этой категории не удалось создать настоящее самотекучее движение, задуманное Бойлем, и многие из них использовали трюки, чтобы заставить его работать.
Среди тех, кому не удалось создать продолжительное самотекучее движение, многие, очевидно, споткнулись из-за неудачной обработки пузырьков воздуха в тонких трубках, которые они использовали. На самом деле, используя тонкие трубки, они буквально привнесли капиллярный эффект в движение, несмотря на то, что движение должно было быть чистым сифоном в соответствии со схемой на Рисунке 1. признали, что сделали это просто для развлечения, в то время как некоторые другие этого не признали.
Тем не менее, есть еще несколько заявленных самотечных фляг Бойля, которые вполне заслуживают доверия, среди которых наиболее значимыми экспериментальными сценами являются тесты с кока-колой и пивом в клипе «Фляга Роберта Бойля», созданном Ивановым. (2012[[11]]). Несмотря на забавный внешний вид, заслуживающие доверия успехи самотекущего движения Бойля с кока-колой и различными сортами пива выявили некоторые важные механизмы, лежащие в основе феномена самотёка Бойля.
1.3. Динамический механизм самоточного движения Бойля
Весь процесс самоточного движения Бойля состоит из двух различных фаз. Первая фаза (или Фаза I) — это движение до того, как жидкость выйдет из выходного отверстия сифонной трубки, а вторая фаза (или Фаза II) — это движение после того, как жидкость выйдет из выходного отверстия сифонной трубки и, таким образом, устанавливается самоциркуляция. Критическая разница между Фазой I и Фазой II заключается в давлении P e потока на выходе из сифонной трубки. В фазе I независимо от того, успешно ли жидкость пересекла зенитную точку трубы и начала падать вниз или все еще застряла в поднимающейся части трубы, P e будет равно атмосферному давлению P и ; но на этапе II P e больше не будет P a , а вместо этого будет приближенно определяться известным уравнением Бернулли для одномерного стационарного невязкого течения:
P + (1/2) ρv 2 + ρgh = Константа (1),
, где P — давление потока, ρ P — это давление потока, ρ P — это давление потока, ρ . v скорость потока, g ускорение свободного падения и h высота потока.
Поскольку при устойчивой самоциркуляции скорость потока на поверхности жидкости в сосуде была бы очень мала по сравнению со скоростью потока в трубке, мы могли бы принять ее равной нулю; далее, поскольку поверхность жидкости осталась бы неизменной, мы могли бы принять ее равной нулю. Тогда, поскольку давление на поверхности равно атмосферному давлению, из (1) имеем:
P + (1/2) ρv 2 + ρgh = P a (2)
Due to the hydrostatic assumption, gravitational force (the hypothetic difference of the weight of the жидкости в восходящей части трубы и вес жидкости в нисходящей части трубы) является единственным управляющим параметром во всех текущих анализах течения в колбе Бойля, так как до самоточного движения устанавливается давление при фронт потока будет уравновешен давлением на поверхности жидкости в контейнере. Однако, как только установится самотечное движение, только давление на поверхности жидкости в сосуде останется равным P A , и у нас есть
P E = P A — (1/2) ρv E
2 — E
2 — E .673 — ). ,
, что меньше, чем P a , и, таким образом, мы больше не можем использовать гравитацию только в качестве движущего параметра для отрицания достоверности потока, как это делали многие люди в своем гипотетическом анализе невозможности уравнения Бойля. самотекущее, так как ненулевое ∆ P = P a – P e становится другим значимым управляющим параметром для движения.
h e в уравнении (3) является наиболее важным параметром для самотекущего движения Бойля, который будет мерой сифонной мощности самотечной системы Бойля. Хотя пока трудно определить возможное максимальное значение h e , приняв ноль P e и ноль v E , мы могли бы увидеть (3), что
H E < P A / ( ρg ) (4)
для водного a / ( ρg ) ≈ 101300 / 9800 ≈ 10 м.
Конечно, поскольку P e и v e не могут быть равны нулю, реальная максимальная высота перекачивания будет составлять лишь часть 10 м. Тем не менее, (4) указывает на то, что сифонная способность системы, отражаемая максимальной высотой сифонирования предполагаемого самоточного движения Бойля, будет увеличиваться с увеличением плотности жидкости ρ убывает.
Таким образом, причина, по которой кока-кола и пиво могут совершать успешные самотекущие движения Бойля, как показано в вышеупомянутом видео (Иванов, 2012 [11]), заключается в следующем: плотность жидкости будет уменьшаться, когда жидкость станет пениться, и, таким образом, перекачивающая сила станет сильнее.
Конечно, в дополнение к плотности жидкости вязкое трение между жидкостью и стенкой трубы также является важным параметром воздействия, и формование кока-колы и пива также может помочь уменьшить вязкое трение, если диаметр трубка не должна быть слишком маленькой (чтобы не было застойных пузырей, как появлялось в некоторых неудачных самотечных роликах).
1.3.1. Соотношение между площадью резервуара и суммой площадей всех сифонных труб
Успешный переход от фазы I к фазе II был бы критически важен для установления самотечного движения Бойля, что требует достаточно большого начального импульса для данной жидкости. Роль этого начального импульса ошибочно сравнивают с первоначальным толчком маятника как вкладом всей энергии в маятник, чтобы он продолжал качаться (Ahmad 2017[[12]]). Хотя начальный импульс для самотекущего движения Бойля составляет одну часть полной энергии, подводимой к движению, он будет лишь ничтожно малой частью полной энергии движения, пока может быть установлено самотекущее движение. Основная роль начального импульса для самотечной системы Бойля состоит в том, чтобы помочь преодолеть статическую нагрузку силы тяжести (плюс вязкое трение) для установления самотекущего движения; как только движение установится, гравитационная и вязкая нагрузки будут уравновешены разницей в давлении, поскольку атмосфера выполняет работу, отражаемую уравнением Бернулли.
В одномерном потоке, пренебрегая изменением плотности, из непрерывности потока получаем следующее соотношение:
Av =constant (5),
, где A – площадь поперечного сечения расход, а v — скорость потока. Следовательно, большое соотношение площадей между резервуаром и суммой сифонных труб поможет создать в трубах относительно большую скорость, что важно для получения начального импульса потока. Это верно независимо от того, как изменяется плотность во время течения.
2. Концепция многоэтажной сифонной башни «Динамо»
Подобно энергии ветра, геотермальной энергии и солнечной энергии, энергия, содержащаяся в статической атмосфере, также является большим ресурсом полезной энергии, который ждет своего использования. нами для чистого и дешевого источника энергии. Наилучший подход к использованию атмосферной энергии в качестве жизнеспособного энергетического ресурса состоит в том, чтобы извлекать ее путем перекачки, как это предвидел Бойль три с половиной века назад. Основная идея заключалась в том, чтобы поднять жидкость с земли на определенную высоту через сифон, а затем выпустить ее так, чтобы создавался эффект водопада для привода турбины электрогенератора, а затем жидкость собиралась на уровне земли для используется снова.
Поскольку максимальная высота слива ограничена уравнением (4), а большая высота требуется для создания желаемого эффекта водопада для привода турбины, нам необходимо реле слива для подъема нагрузки жидкости на желаемую высоту. На рис. 1 представлена схема многоэтажной сифонной динамо-башни (MSDT), с помощью которой мы можем поднять полезную нагрузку жидкости на желаемую высоту за счет ретранслируемого эффекта сифонирования. Вся система состоит из нескольких этажей резервуаров с жидкостью. Символические четыре этажа на диаграмме представляют идею нескольких этажей, которые при необходимости могут достигать сотен этажей. Центральная колонна символизирует конструкцию здания для хранения резервуаров, а реальная конструкция могла быть намного сложнее. Внизу находится большой бассейн P жидкости на земле, горизонтальная поперечная штриховая тонкая линия в P представляет поверхность жидкости в большом бассейне. Половина первого этажа может быть погружена в жидкость, как показано на схеме, чтобы облегчить закачку жидкости из большого бассейна в резервуар первого этажа. Между каждыми двумя соседними этажами будет построено несколько сифонных труб, что символически представлено парой труб между каждыми двумя этажами на схеме. Хотя все трубы на рисунке 1 тонкие и прямые с постоянным поперечным сечением, размер реальных труб был бы пропорционально больше и не мог бы иметь постоянного поперечного сечения. Этаж 4 на Рисунке 1 символизирует резервуар верхнего этажа, из которого будет высвобождаться поднятая полезная нагрузка жидкости для привода турбины электрогенератора G (который также может быть набором генераторов), что обозначено значком с четырьмя лопастями. Выпуск жидкости с верхнего этажа будет контролироваться (а) клапаном (клапанами) V, как показано на схеме.
2.1. Ключевые проектные параметры и основные проблемы
1) Требуемая мощность на выходе MSDT . Это будет базовым расчетным параметром для MSDT в том же смысле, что и для любой силовой установки.
2) Требуемый импульс нисходящего потока жидкости . Это определяется желаемыми мегаваттами и спецификацией выбранного генератора.
3) Выбранная плотность жидкости, выбрасываемой в качестве нисходящего потока, и плотность жидкости, поднимаемой на верхний этаж через сифонирование . Эти две плотности могут быть разными, поскольку мы предпочитаем более высокую плотность для нисходящего потока и более низкую плотность для перекачиваемой жидкости. Следовательно, на нижнем этаже (Этаж 1) мы могли бы выбрать технологию вспенивания (скорее всего, за счет химических подходов) для вспенивания жидкости, а на верхнем этаже — для пенообразования жидкости (скорее всего, за счет комбинации механического и химического подходов). ), прежде чем он будет выпущен как нисходящий поток.
4) Желаемая высота верхнего этажа (и, следовательно, высота башни) и скорость нисходящего потока . Как только желаемый импульс нисходящего потока жидкости и плотность нисходящего потока определены, мы можем рассчитать желаемую высоту верхнего этажа (и, следовательно, высоту башни) и скорость нисходящего потока.
5) Отношение суммы площадей сифонных труб к площади резервуара . Это критически важно для создания начального импульса, как упоминалось выше, и, следовательно, является еще одним критическим параметром конструкции.
6) желаемый эквивалент общего количества жидкости, поднятой на верхний этаж посредством сифонирования . Путем сравнения различных плотностей поднимаемой жидкости и выбрасываемой вниз жидкости мы можем рассчитать это требуемое эквивалентное общее количество поднятой жидкости на основе параметров желаемого нисходящего потока.
7) Желаемая скорость перекачиваемого потока в верхний резервуар и площадь верхнего резервуара . Как показано в уравнении Бернулли (1), скорость потока v и высота h могли конкурировать друг с другом за доминирование в потоке. Следовательно, чтобы достичь наилучшей максимальной высоты MSDT с доступными ресурсами, мы могли бы пожертвовать скоростью жидкости, чтобы достичь верхнего этажа.
Скорость эквивалентного общего количества жидкости, поднятой на верхний этаж посредством сифонирования, будет определять скорость перекачиваемого потока на верхний этаж. Из-за пункта 3 выше скорость общего количества жидкости, поднимаемой на верхний этаж посредством сифонирования, может не совпадать со скоростью восполняемого общего количества жидкости для сброса в нисходящий поток. Желаемая скорость эквивалентного общего количества жидкости, поднимаемой на верхний этаж посредством сифонирования, также будет зависеть от выбора в пункте 5 выше.
Поскольку поток жидкости, втекающей в верхний резервуар, равен произведению скорости на общую площадь всех сифонных труб, ведущих к верхнему резервуару, мы можем оценить требуемое значение суммы площадей всех сифонных труб на основе желаемый объемный расход жидкости для нисходящего потока. Тогда мы могли бы определить площадь верхнего резервуара на основе отношения суммы площадей всех сифонных труб к площади верхнего резервуара.
8) Конфигурация башни. Требование большого размера верхнего резервуара может создать некоторые трудности при строительстве или даже обслуживании. Эта проблема может быть решена с помощью более гибких конфигураций башни. Простейшей конфигурацией будет одна башня для набора генераторов, как показано на схеме на рис. 1. В качестве альтернативы у нас может быть группа башен для обслуживания одного и того же набора генераторов, или у нас может быть группа башен, разделяющих тот же верхний резервуар.
9) Количество сифонных труб на каждом этаже . Как только сумма площадей всех сифонных труб определена, нам нужно решить, использовать ли одну сифонную трубу или несколько сифонных труб. Если мы выбираем последнее, то нам нужно дополнительно определить количество сифонных труб.
Вариант с одной трубой может показаться привлекательным из-за простоты конструкции и конструкции, а также из-за того, что он уменьшит трение между жидкостью и стенкой трубы. Однако поток в большой трубе уже не будет близок к идеальному одномерному потоку, и в потоке могут возникать сложные волны и вихри, которые потенциально могут создать некоторые инженерные проблемы. Тем не менее, детальное влияние большого поперечного сечения одиночной сифонной трубы необходимо оценить с помощью лабораторных или численных моделей.
Основным преимуществом нескольких сифонных труб меньшего размера является лучшая управляемость почти одномерным потоком внутри сифонной трубы. Из-за критической важности начального импульса для увеличения максимальной высоты сифона (и, следовательно, меньшего наименьшего количества этажей в пункте 13 ниже), если (численные и лабораторные) экспериментальные данные не благоприятствуют одной большой трубе, вариант с несколькими трубами скорее всего, будет благоприятным. Тем не менее, должно быть минимальное значение площади поперечного сечения сифонной трубы, чтобы избежать отходов материалов, а также держаться подальше от потенциальных застойных пузырьков воздуха.
10) Глубины резервуара . Глубины разных резервуаров могут быть неодинаковыми; особенно глубина верхнего резервуара может отличаться от других, даже если все остальные резервуары имеют одинаковую глубину. Однако желательно, чтобы площади всех резервуаров в одной башне (на заводе может быть несколько башен, как указано в пункте 8 выше) были одинаковыми. Для данной площади резервуара в башне и заданного отношения площадей поперечного сечения, как указано выше, глубина жидкости в резервуаре будет еще одним критическим параметром для создания начального импульса после переключения всех сифонных труб (как будет рассмотрено ниже) открываются.
11) Внутренняя покраска сифонной трубы . Для уменьшения вязкого трения при сифонном течении следует окрасить внутреннюю стенку каждой сифонной трубы материалом, гидрофобным по отношению к выбранной жидкости.
12) Форма сифонной трубы . Хотя постоянная площадь поперечного сечения может быть проще для изготовления сифонных труб, было бы предпочтительнее иметь трубу с различной площадью поперечного сечения, как показано на исходном эскизе колбы Бойля (см. Рисунок 1), что помогло бы создать желаемый начальный импульс. на основе уравнения (5).
13) Наименьшее количество этажей в башне . После выбора вышеуказанных параметров, прежде чем проектировать всю башню, важно получить данные о максимальной высоте сифона путем лабораторных экспериментов, которые определят наименьшее количество этажей в башне.
14) Переключатель впускного патрубка сифона . Выключатели будут установлены на входах всех сифонных труб и будут управляться центральной компьютерной системой. Это чрезвычайно важно для создания начального импульса. Как гарантировать, что все переключатели будут плавно открываться одновременно под большим гидравлическим давлением, было бы технологической проблемой, которая, как можно ожидать, станет в будущем горячей точкой для патента, если на нее не было сделано патента.
15) Дренажный патрубок сифонной трубы . Между двумя последовательными прогонами (каждый прогон должен длиться месяцы или даже годы, если не случится неожиданностей) нам нужно слить жидкость из всех сифонных труб перед запуском следующего прогона MSDT. Поскольку, возможно, нет необходимости сливать все резервуары, нам нужен отдельный сливной патрубок для каждой сифонной трубы. Эти выпускные отверстия должны быть плотно закрыты без каких-либо утечек на этапе эксплуатации MSDT.
3. Потребление энергии
Как и при использовании энергии ветра, геотермальной энергии и солнечной энергии, стимулом для строительства ГДТ является преимущество использования бесплатной энергии, предоставляемой природой, которая представляет собой атмосферный потенциал выполнения работы на земле. жидкость. Тем не менее, работа MSDT по-прежнему будет потреблять ранее сгенерированную энергию, как и работа любой электростанции в мире. Существует четыре основных категории энергопотребления при работе MSDT.
1) Энергопотребление при предварительной нагрузке . Перед каждым формальным запуском MSDT нам необходимо предварительно загрузить систему, заполнив каждый резервуар жидкостью, нагнетаемой извне, что означает, что нам нужно сначала поднять статическую жидкость с помощью вспомогательных несифонных механических средств на каждый этаж до верхнего этажа. Это наверняка поглотит энергию.
Необходимость в этой фазе предварительной загрузки двояка. Во-первых, это может помочь значительно сократить задержку запуска после нажатия кнопки запуска. Во-вторых, что более важно, это необходимо для создания начального импульса, как будет обсуждаться далее.
2) Потребление энергии в начальной фазе . Как упоминалось ранее, генерация начального импульса критически важна для установления сифонной циркуляции в MSDT. Желаемый начальный импульс может быть достигнут путем принятия следующих двух мер:
Во-первых, во время фазы предварительной загрузки нам нужно слить жидкость из всех сифонных трубок. Затем по нажатию пусковой кнопки ТСДТ все входные выключатели сифонных труб должны быть одновременно как можно быстрее открыты, чтобы жидкость в емкостях хлынула в пустые сифонные трубы с заданной высокой скоростью на каждом этаже.
Во-вторых, нам необходимо продолжать нагнетать жидкость в резервуар каждого этажа с помощью вспомогательных механических средств без сифона, чтобы поддерживать импульс потока до тех пор, пока все сифонные потоки с предыдущего нижнего этажа не достигнут этого текущего этажа и все сифонные потоки потоки с этого этажа прибыли на следующий, более высокий этаж. Это важно. Когда все переключатели сифонов открыты, объем жидкости в каждом резервуаре уменьшится. В настоящее время, если сифонный поток с нижнего этажа по какой-либо причине не достигнет следующего, более высокого этажа, это не только повлияет на стабильность потока между этими двумя этажами, но и потенциально может поставить под угрозу сифонные потоки между всеми другими этажами. выше этого этажа. Как только сифон одной трубы выйдет из строя, будет непросто воспроизвести импульсный эффект внезапного включения переключателя, и нам нужно отключить его переключатель и слить жидкость в трубе перед его повторным запуском.
Поэтому, во избежание выхода из строя сифона из-за каких-то случайных факторов (таких как не очищенная труба и т.д.), важно поддерживать внешнюю подачу жидкости на каждом этаже до тех пор, пока весь сифон не потечет на этот этаж и с него через все трубы сифона были успешно установлены.
Весь этот процесс будет фазой инициации и, безусловно, будет потреблять энергию.
3) Постоянное нормальное рабочее потребление энергии . Поскольку нисходящий поток будет собираться в большом бассейне на земле, нам необходимо иметь вспомогательные механические средства без сифона, чтобы продолжать перекачивать жидкость из большого бассейна в резервуар первого этажа.
В идеале, если весь MSDT работает нормально без механических сбоев в системе, мы могли бы просто позволить атмосфере сделать всю работу после фазы инициации, подключив первый этаж напрямую к большому пулу и, таким образом, сэкономив эту основную энергию. потребление для запуска MSDT. Тем не менее, дополнительный ввод энергии в MSDT за счет впрыскивания на первый этаж жидкости, перенесенной из большого бассейна, может помочь преодолеть случайный неожиданный избыток потребления энергии (имеется в виду потребление энергии, превышающее потребление энергии от атмосферной работы) в системе и, таким образом, помочь для стабилизации всей циркуляции потока в системе. Конечно, это может быть реализовано с возможностью прямого подключения резервуара первого этажа к большому бассейну, и мы можем переключаться между двумя альтернативными вариантами в зависимости от работоспособности системы.
4) Разное потребление энергии . Это необходимый расход энергии для поддержания нормального рабочего состояния ГРПТ, который не может быть сэкономлен ни одной электростанцией, да и вообще любой эксплуатационной организацией внутри здания. Сюда может входить энергия для освещения, отопления, кондиционирования воздуха и т. д.
Среди четырех вышеперечисленных пунктов пункты 1 и 2 потребляют только один раз для каждого запуска, который в идеале должен длиться месяцы или даже годы, если не произойдет несчастного случая. Пункт 3 предположительно является самым большим энергопотреблением, когда MSDT технологически не совершенен, и поэтому нам нужен непрерывный внешний источник энергии, чтобы помочь стабилизировать работу. Когда технология станет зрелой, мы, возможно, даже сэкономим эту статью энергопотребления навсегда. Тогда у нас останется только пункт 4 для обычного энергопотребления.
Даже при п.3, так как энерговклад только на первом этаже в качестве вспомогательного средства стабилизации потока, мы тратим энергию только на перемещение (подъем) жидкости на один этаж вверх, чтобы поднять жидкость наверх верхний этаж, который мог находиться на высоте десятков или даже сотен метров над землей.
4. Расход материала
Поскольку жидкость будет циркулировать внутри MSDT, объемный расход материала, безусловно, будет несопоставим с выработкой энергии на основе сжигания.
Самый дешевый вариант — использовать только воду без процесса пенообразования. Это еще возможный выбор, если у нас оптимально подобраны все параметры (размер, форма и внутренняя окраска сифонных трубок, глубина и площадь резервуара и т.д.). Это будет определено с помощью численных и лабораторных экспериментов.
Самым дорогим вариантом может быть выбор специально изготовленной жидкости, которую нельзя изготовить на месте MSDT. Если бы специальная жидкость могла помочь достичь наилучшего эффекта сифонной циркуляции в MSDT, а также достичь желаемого нисходящего импульса, воздействующего на генератор энергии, то затраты были бы оправданы, поскольку это были бы только единовременные затраты на длительный период работы MSDT. .
Наиболее вероятным вариантом может быть использование воды и химикатов для создания пенообразующего эффекта и уменьшения пенообразования жидкости. Опять же, это будет только одна временная стоимость за длительный период работы MSDT.
5. Источники энергии
Подобно самотекущему движению Бойля, MSDT не является вечным двигателем. Это всего лишь конструкция машины для использования бесплатной энергии в природе, как это делают все эти годы ветряная турбина, геотермальная электростанция и солнечная тюрьма. Основными источниками энергии для MSDT являются работа, совершаемая над жидкостью атмосферой, и гравитационная потенциальная энергия.
6. Преимущества MSDT перед другими формами производства электроэнергии
1) MSDT перед атомной электростанцией
MSDT не столкнется ни с риском аварий на атомной энергетике, ни с проблемой захоронения ядерных отходов, которые беспокоят населения в странах с атомными электростанциями.
(2) MSDT над электростанцией внутреннего сгорания
MSDT не имеет проблем загрязнения и выбросов углерода в результате сжигания.
(3) MSDT по сравнению с другими объектами зеленой энергетики
Требования к природным условиям для MSDT ниже, чем для всех других объектов зеленой энергетики. Пока есть подходящее открытое пространство, его можно использовать для создания MSDT.
(4) MSDT по сравнению с обычной гидроэлектростанцией
Помимо низких требований к природным условиям, упомянутых в (3) выше, удобство обработки жидких сред химическими веществами для повышения эффективности является преимуществом только MSDT, а не жизнеспособны, когда жидкие среды непосредственно из природных водных ресурсов; кроме того, повторное использование оборотной жидкости в ГДТ могло бы освободить его от необходимости непрерывной подачи воды и, таким образом, избежать нанесения ущерба природной экологической среде или загрязнения водных ресурсов за счет строительства на естественных водотоках.
7. Заключительные замечания
Понимание и использование механизма перекачки имеет решающее значение для добычи чрезвычайно богатых и чистых энергетических ресурсов в атмосфере, которые не использовались эффективно для нашего блага, несмотря на ненасытный спрос на энергию во всем мире. мир и постоянно растущее давление сокращения выбросов углерода из-за ухудшающегося природного состояния этого земного шара. Многоэтажная динамо-башня, концептуально разработанная в этом документе, предлагает практически жизнеспособные средства для производства электроэнергии путем извлечения свободной энергии из атмосферы, точно так же, как мы извлекаем бесплатную энергию в других формах из природы. Из-за его преимуществ перед всеми существующими способами производства энергии для массового использования, как обсуждалось выше, мы можем ожидать быстрого развития технологии MSDT, как предложено в этом документе, во всем мире, что принесет пользу населению нашей планеты с чистой и дешевой энергией. это будет доступно, пока наша атмосфера все еще вокруг нас.
Ссылки
Ахмад, Отман (2017) «Почему вечная фляга Роберта Бойля не работает?» https://www.quora.com/Why-doesnt-Robert-Boyles-perpetual-flask-work
Бойл, Роберт (1660 г.) «Новые физико-механические эксперименты с касанием весны воздуха, … (Оксфорд, Англия: Х. Холл, 1660)», стр. 265–270. Доступно в Интернете по адресу: Echo (Институт истории науки Макса Планка; Берлин, Германия). Архивировано 5 марта 2014 г. в Wayback Machine.
Иванов, Валерий [Мюнхгаузен сегодня] (2012) «Фляга Роберта Бойля» youtube. https://www.youtube.com/watch?v=OS1KXMsE2qk
Статьи JRank (2013 г.) «Капиллярное действие — жидкость, вода, сила и поверхность». Science.jrank.org. Архивировано из оригинала 27 мая 2013 г. Проверено 18 июня 2013 г. .
Макфадден, Кристофер (2020) «Вечный двигатель: сможем ли мы когда-нибудь построить «настоящий»?». https://interestingengineering.com/perpetual-motion-machines-build-real
Нагдев, Нихил (2020) «Почему вечный двигатель невозможен?». https://scifi-nik.blogspot.com/2020/06/why-does-perpetual-motion-machine-is-impossible.html
Ксеноновый двигатель. Ионный двигатель — новые космические горизонты
Проблема перемещения в космосе стоит перед человечеством с момента начала орбитальных полетов. Ракета взлетая с земли расходует практически все свое топливо, плюс заряды ускорителей и ступеней. И если ракету еще можно оторвать от земли, заправив её огромным количеством топлива, на космодроме, то в открытом космосе заправляться попросту негде и нечем. А ведь после выхода на орбиту нужно двигаться дальше. А топлива нет.
И в этом то и состоит основная проблема современной космонавтики. Выбросить на орбиту корабль с запасом топлива до луны еще можно, под эту теорию строятся планы создать на луне базу дозаправки «дальнобойных» космических кораблей, летящих например на Марс. Но это все слишком сложно.
А решение проблемы было создано очень давно, еще в 1955 году, когда Алексей Иванович Морозов опубликовал статью «Об ускорении плазмы магнитным полем». В ней он описывал концепцию принципиально нового космического двигателя.
Устройство ионно плазменного двигателя
Принцип действия плазменного двигателя состоит в том, что рабочим телом выступает не сгорающее топливо, как в реактивных двигателях, а разогнанный магнитным полем до безумных скоростей поток ионов.
Источником ионов служит газ, как правило это аргон или водород, бак с газом стоит в самом начале двигателя, оттуда газ подается в отсек ионизации, получается холодная плазма, которая разогревается в следующем отсеке посредством ионного циклотронного резонансного нагрева. После нагрева, высокоэнергетическая плазма подается в магнитное сопло, где она формируется в поток посредством магнитного поля, разгоняется и выбрасывается в окружающую среду. Таки образом достигается тяга.
С тех пор плазменные двигатели прошли большой путь и разделились на несколько основных типов, это электротермические двигатели, электростатические двигатели, сильноточные или магнитодинамические двигатели и импульсные двигатели.
В свою очередь электростатические двигатели делятся на ионные и плазменные (ускорители частиц на квазинейтральной плазме).
В данной статье мы напишем про современные ионные двигатели и их перспективные разработки, так как на наш взгляд именно за ними будущее космического флота.
Ионный двигатель использует в качестве топлива ксенон или ртуть. Первый ионный двигатель назывался сетчатый электростатический ионный двигатель.
Принцип его действия таков:
В ионизатор подается ксенон , который сам по себе нейтрален, но при бомбардировании высокоэнергетическими электронами ионизируется. Таким образом в камере образуется смесь из положительных ионов и отрицательных электронов. Для «отфильтровывания» электронов в камеру выводится трубка с катодными сетками, которая притягивает к себе электроны.
Положительные же ионы притягиваются к системе извлечения, состоящей из 2 или 3 сеток. Между сетками поддерживается большая разница электростатических потенциалов (+1090 вольт на внутренней против — 225 на внешней). В результате попадания ионов между сетками, они разгоняются и выбрасываются в пространство, ускоряя корабль, согласно третьему закону Ньютона.
Российские ионные двигатели. На всех хорошо видны катодные трубки, направленные в сторону сопла
Электроны, пойманные в катодную трубку выбрасываются из двигателя под небольшим углом к соплу и потоку ионов. Это делается по двум причинам:
Во первых чтобы корпус корабля оставался нейтрально заряженным, а во вторых чтобы ионы «нейтрализованные» таким образом не притягивались обратно к кораблю.
Чтобы ионный двигатель работал нужны всего две вещи — газ и электричество. С первым все просто отлично, двигателю американского межпланетного аппарата Dawn, который стартовал осенью 2007-го, для полета в течении почти 6 лет потребуется всего 425 килограммов ксенона. Для сравнения для корректировки орбиты МКС с помощью обычных ракетных двигателей каждый год затрачивается 7,5 тонн горючего.
Одно плохо — ионные двигатели имеют очень небольшую тягу, порядка 50-100 миллиньютонов, что абсолютно недостаточно при перемещении в атмосфере Земли. Но в космосе, где нет практически никаких сопротивлений, ионный двигатель при длительном разгоне может достигнуть значительных скоростей. Общее приращение скорости за всё время миссии Dawn составит порядка 10 километров в секунду.
Тест ионного двигателя для корабля Deep Space
Недавние испытания проведенные американской компанией Ad Astra Rocket, проведенные в вакуумной камере показали, что их новый Магнитоплазменный двигатель с переменным удельным импульсом” (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket) VASIMR VX-200может дать тягу уже в 5 ньютонов.
Второй вопрос — электричество. Тот же VX-200 потребляет 201 кВт энергии. Солнечных батарей такому двигателю просто мало. Следовательно необходимо изобретать новые способы получения энергии в космосе. Тут есть два пути — заправляемые батареи например тритиевые, выводимые на орбиту вместе с кораблем, либо автономный атомный реактор, который и будет питать кораблю на протяжении всего полета.
Еще в 2006 году Европейское космическое агентство (European Space Agency) и Австралийский национальный университет (Australian National University) успешно провели испытания нового поколения космических ионных двигателей, достигнув рекордных показателей.
Двигатели, в которых заряженные частицы ускоряются в электрическом поле — давно известны. Они применяются для ориентации, коррекции орбиты на некоторых спутниках и межпланетных аппаратах, а в ряде космических проектов (как уже осуществившихся, так и только задуманных — читайте , и ) — даже в качестве маршевых.
С ними специалисты связывают дальнейшее освоение Солнечной системы. И хотя все разновидности так называемых электроракетных двигателей сильно уступают химическим в максимальной тяге (граммы против килограммов и тонн), зато кардинально превосходят их в экономичности (расходе топлива на каждый грамм тяги за секунду). А эта экономичность (удельный импульс) прямо пропорционально зависит от скорости выбрасываемой реактивной струи.
Так вот, в опытном двигателе, названном «Двухступенчатый с четырьмя решётками» (Dual-Stage 4-Grid — DS4G), построенном по контракту ESA в Австралии, скорость эта достигла рекордных 210 километров в секунду.
Это, к примеру, раз в 60 выше, чем скорость выхлопа у хороших химических двигателей, и в 4-10 раз больше, чем у прежних «ионников».
Как ясно из названия разработки, такая скорость достигнута двухступенчатым процессом разгона ионов при помощи четырёх последовательных решёток (вместо традиционных одной стадии и трёх решёток), а также высоким напряжением — 30 киловольт. Кроме того, расхождение выходного реактивного пучка составило всего 3 градуса, против примерно 15 градусов — у прежних систем.
А вот информация последних дней.
Ионный двигатель (ИД) работает просто: газ из бака (ксенон, аргон и пр.) ионизируется и разгоняется электростатическим полем. Поскольку масса иона мала, а заряд он может получить значительный, ионы вылетают из двигателя со скоростями до 210 км/с. Химические двигатели могут достичь… нет, ни чего-то подобного, а всего лишь в двадцать раз меньшей скорости истечения продуктов сгорания лишь в исключительных случаях. Соответственно, расход газа в сравнении с расходом химического топлива крайне мал.
Именно поэтому на ИД полностью или частично работали и работают такие «дальнобойные» зонды, как Hayabusa , Deep Space One и Dawn . И если вы собираетесь не просто по инерции лететь до далёких небесных тел, но и активно маневрировать близ них, то без таких двигателей не обойтись.
В 2014 году ионные двигатели справляют полувековой юбилей в космосе. Всё это время проблему эрозии не удавалось решить даже в первом приближении. (Здесь и ниже илл. NASA, Wikimedia Commons.)
Как и всё хорошее, ИД любит, чтобы его питали: на один ньютон тяги нужно до 25 кВт энергии. Представим, что нам поручили запустить 100-тонный космический корабль к Плутону (вы уж простите нас за мечтательность!). В идеале даже для Юпитера нам потребуется 1 000 ньютонов тяги и 10 месяцев, а до Нептуна на той же тяге — полтора года. В общем, давайте про Плутоны всё-таки не будем, а то грустно как-то…
Ну а чтобы получить эти пока умозрительные 1 000 ньютонов, нам потребуется 25 мегаватт. В принципе, ничего технически невозможного — 100-тонный корабль мог бы принять атомный реактор. Кстати, в настоящее время НАСА и Министерство энергетики США работают над проектом Fission Surface Power . Правда, речь идёт о базах на Луне и Марсе, а не о кораблях. Но масса реактора не так уж высока — всего пять тонн, при размерах в 3×3×7 м…
Ну ладно, помечтали и хватит, скажете вы, и тут же вспомните частушку, якобы придуманную Львом Толстым во время Крымской войны. В конце концов, такой большой поток ионов, проходящий через двигатель (а это ключевое препятствие), вызовет его эрозию, и значительно быстрее, чем за десять месяцев или полтора года. Причём это не проблема выбора конструкционного материала — благо разрушаться в таких условиях будут и титан, и алмаз, — а неотъемлемая часть конструкции ионного двигателя per se.
Подготовлено по материалам Gizmag . и http://lab-37.com
А вы в курсе что в России активно работает над ядерным двигателем для ракет или например о том, что скоро может появится
Ионный двигатель
Ионные двигатели могут использоваться для широкого спектра задач — от коррекции положения спутников на орбите Земли, до разгона гигантских космических кораблей, направляющихся за пределы нашей Солнечной системы в глубины Млечного Пути. Но что же такое ионный двигатель, и как именно он используется в космосе? Обычные ракетные двигатели сжигают газ, который выпускается из сопла под высоким давлением, что вызывает мощную реактивную тягу, толкающую корабль вперед. У ионного двигателя инертный газ (ксенон, аргон) не сжигают, а ионизируют, а испускаемые им ионы разгоняют до высоких скоростей в сильном электрическом поле. Таким образом, ионы выстреливают из двигателя со скоростью до 150000 км в час.
Применение ионных двигателей
Но, к сожалению, тяга ионных двигателей чрезвычайно мала и сопоставима с давлением, которое оказывает один лист бумаги формата А4 на ладонь человека. Но в невесомой космической среде, где нет никакого трения, ионные двигатели могут быть чрезвычайно эффективными, поскольку эффект от их тяги накапливается со временем. Первый в мире ионный двигатель успешно используется на автоматической межпланетной станции DAWN , которую НАСА запустило в космос 27 сентября 2007 года для исследования астероида Веста и карликовой планеты Церера. В данный момент космический аппарат DAWN находится в поясе астероидов между и Юпитером.
У него ушло четыре дня на то, чтобы с помощью ионного двигателя разогнаться с нуля до 100 километров в час. Да, это не особо впечатляет, но зато ионные двигатели очень экономные и могут работать десятилетиями. При этом скорость космического корабля, разгоняемого ионным двигателем, постоянно увеличивается и может составлять тысячи километров в секунду через определенное время.
Зачем использовать ионные двигатели?
Этот тип движения дают космическим аппаратам маневренность на орбите Земли. С их помощью можно легко менять расположение спутников, например, для коррекции высоты их орбиты или уклонения от крупного . Кроме этого ионные двигатели значительно дешевле и экономнее ракетных двигателей. Они значительно продлевают срок эксплуатации спутников и сокращают пусковые и эксплуатационных затраты. В данный момент времени, НАСА работает над разработкой сразу двух ионных двигателей нового поколения: Эволюционный ксеноновый Двигатель Next и кольцевой ионный двигатель . Эти новые двигатели снизят стоимость космических миссий и продлят время их работы, а также будут обладать более высокой мощностью.
Космические двигатели будущего
Создание ионного двигателя
Мы продоожаем рассказывать про виды двигателей .
Проблема перемещения в космосе стоит перед человечеством с момента начала орбитальных полетов. Ракета взлетая с земли расходует практически все свое топливо, плюс заряды ускорителей и ступеней. И если ракету еще можно оторвать от земли, заправив её огромным количеством топлива, на космодроме, то в открытом космосе заправляться попросту негде и нечем. А ведь после выхода на орбиту нужно двигаться дальше. А топлива нет.
И в этом то и состоит основная проблема современной космонавтики. Выбросить на орбиту корабль с запасом топлива до луны еще можно, под эту теорию строятся планы создать на луне базу дозаправки «дальнобойных» космических кораблей, летящих например на Марс. Но это все слишком сложно.
А решение проблемы было создано очень давно, еще в 1955 году, когда Алексей Иванович Морозов опубликовал статью «Об ускорении плазмы магнитным полем». В ней он описывал концепцию принципиально нового космического двигателя.
Устройство ионно плазменного двигателя
Принцип действия плазменного двигателя состоит в том, что рабочим телом выступает не сгорающее топливо, как в , а разогнанный магнитным полем до безумных скоростей поток ионов.
Источником ионов служит газ, как правило это аргон или водород, бак с газом стоит в самом начале двигателя, оттуда газ подается в отсек ионизации, получается холодная плазма, которая разогревается в следующем отсеке посредством ионного циклотронного резонансного нагрева. После нагрева, высокоэнергетическая плазма подается в магнитное сопло, где она формируется в поток посредством магнитного поля, разгоняется и выбрасывается в окружающую среду. Таки образом достигается тяга.
С тех пор плазменные двигатели прошли большой путь и разделились на несколько основных типов, это электротермические двигатели, электростатические двигатели, сильноточные или магнитодинамические двигатели и импульсные двигатели.
В свою очередь электростатические двигатели делятся на ионные и плазменные (ускорители частиц на квазинейтральной плазме).
В данной статье мы напишем про современные ионные двигатели и их перспективные разработки, так как на наш взгляд именно за ними будущее космического флота.
Ионный двигатель использует в качестве топлива ксенон или ртуть. Первый ионный двигатель назывался сетчатый электростатический ионный двигатель.
Принцип его действия таков:
В ионизатор подается ксенон , который сам по себе нейтрален, но при бомбардировании высокоэнергетическими электронами ионизируется. Таким образом в камере образуется смесь из положительных ионов и отрицательных электронов. Для «отфильтровывания» электронов в камеру выводится трубка с катодными сетками, которая притягивает к себе электроны.
Положительные же ионы притягиваются к системе извлечения, состоящей из 2 или 3 сеток. Между сетками поддерживается большая разница электростатических потенциалов (+1090 вольт на внутренней против – 225 на внешней). В результате попадания ионов между сетками, они разгоняются и выбрасываются в пространство, ускоряя корабль, согласно третьему закону Ньютона.
Российские ионные двигатели. На всех хорошо видны катодные трубки, направленные в сторону сопла
Электроны, пойманные в катодную трубку выбрасываются из двигателя под небольшим углом к соплу и потоку ионов. Это делается по двум причинам:
Во первых чтобы корпус корабля оставался нейтрально заряженным, а во вторых чтобы ионы «нейтрализованные» таким образом не притягивались обратно к кораблю.
Чтобы ионный двигатель работал нужны всего две вещи – газ и электричество. С первым все просто отлично, двигателю американского межпланетного аппарата Dawn, который стартовал осенью 2007-го, для полета в течении почти 6 лет потребуется всего 425 килограммов ксенона. Для сравнения для корректировки орбиты МКС с помощью обычных ракетных двигателей каждый год затрачивается 7,5 тонн горючего.
Одно плохо – ионные двигатели имеют очень небольшую тягу, порядка 50-100 миллиньютонов, что абсолютно недостаточно при перемещении в атмосфере Земли. Но в космосе, где нет практически никаких сопротивлений, ионный двигатель при длительном разгоне может достигнуть значительных скоростей. Общее приращение скорости за всё время миссии Dawn составит порядка 10 километров в секунду.
Тест ионного двигателя для корабля Deep Space
Недавние испытания проведенные американской компанией Ad Astra Rocket, проведенные в вакуумной камере показали, что их новый Магнитоплазменный двигатель с переменным удельным импульсом” (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket) VASIMR VX-200 может дать тягу уже в 5 ньютонов.
Второй вопрос – электричество. Тот же VX-200 потребляет 201 кВт энергии. Солнечных батарей такому двигателю просто мало. Следовательно необходимо изобретать новые способы получения энергии в космосе. Тут есть два пути – заправляемые батареи например тритиевые, выводимые на орбиту вместе с кораблем, либо автономный атомный реактор, который и будет питать кораблю на протяжении всего полета.
Во втором случае, в условиях космоса и его низких температур более интересно выглядит проект корабля с термоядерным реактором на борту, но пока НАСА разрабатывает только ядерный реактор.
Эти исследования проходят в рамках проекта Prometheus. В планах НАСА запустить в солнечную систему ядерный зонд, оснащенный мощными ионными двигателями, питающимися от бортового ядерного реактора.
Напоследок видео испытаний ионного двигателя VX-200.
Не секрет, что все реактивные двигатели работают за счёт закона сохранения импульса. Именно из него вытекает, что реактивная тяга — это произведение массового расхода на скорость выхода рабочего тела из сопла .
Эту скорость принято называть удельным импульсом реактивного двигателя. Давайте для примера найдём реактивную тягу при стрельбе из автомата Калашникова, которая является основной составляющей отдачи. Пусть масса пули будет 0,016 кг , начальная скорость пули 700 м/с , а скорострельность 10 выстр./с . Тогда отдача F=700∙0,016∙10=112 Н (или 11 кгс) . Большая отдача, но тут приведена техническая скорострельность 600 выстр./мин. В реальности стрельба ведётся очередями или одиночными и составляет ≈50 выстр. /мин.
Выстрел из АК
Вернёмся к реальным реактивным двигателям, в которых вместо пуль обычно используются потоки выходящего с гиперзвуковой скоростью газа. Химические реактивные двигатели являются самыми распространёнными, но не единственными.
В этой статье, с большим предисловием, я хочу рассказать об ионных реактивных двигателях (далее ИРД). ИРД используют в качестве рабочего тела заряженные частицы — ионы. Ионы имеют массу, и если их разогнать электрическим полем, то можно создать реактивную тягу. Это всё в теории, а теперь подробнее. ИРД имеет некоторый запас газа, который ионизируют (т.е. нейтрально-заряженные атомы газа разбивают на отрицательные электроны и положительные ионы) с помощью газового разряда. Далее ионы разгоняются электрическим полем с помощью специальной системы сеток, и эта же система сеток блокирует движение электронов. После того, как положительные ионы вылетели из сопла, их нейтрализуют отрицательными электронами (в результате этого происходит рекомбинация и газ начинает светиться), чтобы ионы не притягивались обратно к двигателю, и тем самым не снижали его тяги.
Почему ксенон?
Обычно в ИРД в качестве рабочего тела используется газ ксенон, так как он имеет наименьшую энергию ионизации среди инертных газов.
Удельный импульс ионных реактивных двигателей достигает 50 км/с, что в 150 раз превышает скорость звука! Увы, но тяга таких двигателей составляет около 0,2 Н. Почему же так? Ведь удельный импульс очень большой. Дело в том, что масса ионов очень маленькая и массовый расход получается небольшим. Для чего тогда такие двигатели нужны, если они ничего не смогут сдвинуть с места? На Земле может быть не смогут, а вот в космосе, где нет сил сопротивления, они достаточно эффективные. Существует такое понятие как полный импульс — произведение тяги на время или произведение удельного импульса на массу топлива , который у ИРД является достаточно большим.
Решим следующую задачу. Пусть жидкостный ракетный двигатель имеет удельный импульс 5 км/с, а у нашего ИРД он будет 50 км/с. И давайте масса рабочего тела (в ЖРД она равна массе топлива) у обоих двигателей будет 50 кг. Примем массу космического аппарата равной 100 кг. Найдём по формуле Циолковского конечную скорость аппарата (т.е. когда в нём закончится рабочая масса).
И что получается, если ионный и химический реактивные двигатели будут иметь одинаковую массу топлива, то ИРД сможет разогнать космический аппарат до больших скоростей, нежели химический РД. Правда на ИРД космический аппарат будет разгонятся дольше до конечной скорости, чем на ЖРД. Но в путешествиях к далёким планетам, высокая конечная (разгонная) скорость будет компенсировать этот недостаток.
Схема полёта к Марсу на ИРД
ИРД используются и в наше время. Например, аппарат Deep Space 1 сблизился с астероидом Брайль и кометой Борелли, передал на Землю значительный объём ценных научных данных и изображений.
Deep Space 1
Также космическая антенна LISA, которая сейчас находится на стадии проектирования, будет использовать ИРД для корректировки орбиты. -16 Кл .
Напряжение — это работа по переносу заряда, т.е. на выходе из сопла ион будет иметь кинетическую энергию равную произведению напряжения на заряд иона. Из кинетической энергии выражаем скорость (удельный импульс). Найдём массовый расход из определения тока, электрический ток — это проходящий заряд во времени. Получается, что массовый расход — это произведение массы иона и тока, делённое на заряд иона. Перемножая удельный импульс и массовый расход, получаем тягу равную 0,1 Н.
Подводя итог, хочу сказать, что существуют плазменные реактивные двигатели, у которых схожее устройство, но которые имеют намного больший массовый расход рабочего тела. Кто знает, может быть уже завтра на таких двигателях человечество будет летать на Марс и Луну.
March 9th, 2013
Проблема перемещения в космосе стоит перед человечеством с момента начала орбитальных полетов. Ракета взлетая с земли расходует практически все свое топливо, плюс заряды ускорителей и ступеней. И если ракету еще можно оторвать от земли, заправив её огромным количеством топлива, на космодроме, то в открытом космосе заправляться попросту негде и нечем. А ведь после выхода на орбиту нужно двигаться дальше. А топлива нет.
И в этом то и состоит основная проблема современной космонавтики. Выбросить на орбиту корабль с запасом топлива до луны еще можно, под эту теорию строятся планы создать на луне базу дозаправки «дальнобойных» космических кораблей, летящих например на Марс. Но это все слишком сложно.
А решение проблемы было создано очень давно, еще в 1955 году, когда Алексей Иванович Морозов опубликовал статью «Об ускорении плазмы магнитным полем». В ней он описывал концепцию принципиально нового космического двигателя.
Устройство ионно плазменного двигателя
Принцип действия плазменного двигателя состоит в том, что рабочим телом выступает не сгорающее топливо, как в реактивных двигателях, а разогнанный магнитным полем до безумных скоростей поток ионов.
Источником ионов служит газ, как правило это аргон или водород, бак с газом стоит в самом начале двигателя, оттуда газ подается в отсек ионизации, получается холодная плазма, которая разогревается в следующем отсеке посредством ионного циклотронного резонансного нагрева. После нагрева, высокоэнергетическая плазма подается в магнитное сопло, где она формируется в поток посредством магнитного поля, разгоняется и выбрасывается в окружающую среду. Таки образом достигается тяга.
С тех пор плазменные двигатели прошли большой путь и разделились на несколько основных типов, это электротермические двигатели, электростатические двигатели, сильноточные или магнитодинамические двигатели и импульсные двигатели.
В свою очередь электростатические двигатели делятся на ионные и плазменные (ускорители частиц на квазинейтральной плазме).
В данной статье мы напишем про современные ионные двигатели и их перспективные разработки, так как на наш взгляд именно за ними будущее космического флота.
Ионный двигатель использует в качестве топлива ксенон или ртуть. Первый ионный двигатель назывался сетчатый электростатический ионный двигатель.
Принцип его действия таков:
В ионизатор подается ксенон , который сам по себе нейтрален, но при бомбардировании высокоэнергетическими электронами ионизируется. Таким образом в камере образуется смесь из положительных ионов и отрицательных электронов. Для «отфильтровывания» электронов в камеру выводится трубка с катодными сетками, которая притягивает к себе электроны.
Положительные же ионы притягиваются к системе извлечения, состоящей из 2 или 3 сеток. Между сетками поддерживается большая разница электростатических потенциалов (+1090 вольт на внутренней против – 225 на внешней). В результате попадания ионов между сетками, они разгоняются и выбрасываются в пространство, ускоряя корабль, согласно третьему закону Ньютона.
Российские ионные двигатели. На всех хорошо видны катодные трубки, направленные в сторону сопла
Электроны, пойманные в катодную трубку выбрасываются из двигателя под небольшим углом к соплу и потоку ионов. Это делается по двум причинам:
Во первых чтобы корпус корабля оставался нейтрально заряженным, а во вторых чтобы ионы «нейтрализованные» таким образом не притягивались обратно к кораблю.
Чтобы ионный двигатель работал нужны всего две вещи – газ и электричество. С первым все просто отлично, двигателю американского межпланетного аппарата Dawn, который стартовал осенью 2007-го, для полета в течении почти 6 лет потребуется всего 425 килограммов ксенона. Для сравнения для корректировки орбиты МКС с помощью обычных ракетных двигателей каждый год затрачивается 7,5 тонн горючего.
Одно плохо – ионные двигатели имеют очень небольшую тягу, порядка 50–100 миллиньютонов, что абсолютно недостаточно при перемещении в атмосфере Земли. Но в космосе, где нет практически никаких сопротивлений, ионный двигатель при длительном разгоне может достигнуть значительных скоростей. Общее приращение скорости за всё время миссии Dawn составит порядка 10 километров в секунду.
Тест ионного двигателя для корабля Deep Space
Недавние испытания проведенные американской компанией Ad Astra Rocket, проведенные в вакуумной камере показали, что их новый Магнитоплазменный двигатель с переменным удельным импульсом” (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket) VASIMR VX-200может дать тягу уже в 5 ньютонов.
Второй вопрос – электричество. Тот же VX-200 потребляет 201 кВт энергии. Солнечных батарей такому двигателю просто мало. Следовательно необходимо изобретать новые способы получения энергии в космосе. Тут есть два пути – заправляемые батареи например тритиевые, выводимые на орбиту вместе с кораблем, либо автономный атомный реактор, который и будет питать кораблю на протяжении всего полета.
Еще в 2006 году Европейское космическое агентство (European Space Agency) и Австралийский национальный университет (Australian National University) успешно провели испытания нового поколения космических ионных двигателей, достигнув рекордных показателей.
Двигатели, в которых заряженные частицы ускоряются в электрическом поле — давно известны. Они применяются для ориентации, коррекции орбиты на некоторых спутниках и межпланетных аппаратах, а в ряде космических проектов (как уже осуществившихся, так и только задуманных — читайте , и ) — даже в качестве маршевых.
С ними специалисты связывают дальнейшее освоение Солнечной системы. И хотя все разновидности так называемых электроракетных двигателей сильно уступают химическим в максимальной тяге (граммы против килограммов и тонн), зато кардинально превосходят их в экономичности (расходе топлива на каждый грамм тяги за секунду). А эта экономичность (удельный импульс) прямо пропорционально зависит от скорости выбрасываемой реактивной струи.
Так вот, в опытном двигателе, названном «Двухступенчатый с четырьмя решётками» (Dual-Stage 4-Grid — DS4G), построенном по контракту ESA в Австралии, скорость эта достигла рекордных 210 километров в секунду.
Это, к примеру, раз в 60 выше, чем скорость выхлопа у хороших химических двигателей, и в 4-10 раз больше, чем у прежних «ионников».
Как ясно из названия разработки, такая скорость достигнута двухступенчатым процессом разгона ионов при помощи четырёх последовательных решёток (вместо традиционных одной стадии и трёх решёток), а также высоким напряжением — 30 киловольт. Кроме того, расхождение выходного реактивного пучка составило всего 3 градуса, против примерно 15 градусов — у прежних систем.
А вот информация последних дней.
Ионный двигатель (ИД) работает просто: газ из бака (ксенон, аргон и пр.) ионизируется и разгоняется электростатическим полем. Поскольку масса иона мала, а заряд он может получить значительный, ионы вылетают из двигателя со скоростями до 210 км/с. Химические двигатели могут достичь… нет, ни чего-то подобного, а всего лишь в двадцать раз меньшей скорости истечения продуктов сгорания лишь в исключительных случаях. Соответственно, расход газа в сравнении с расходом химического топлива крайне мал.
Именно поэтому на ИД полностью или частично работали и работают такие «дальнобойные» зонды, как Hayabusa , Deep Space One и Dawn . И если вы собираетесь не просто по инерции лететь до далёких небесных тел, но и активно маневрировать близ них, то без таких двигателей не обойтись.
В 2014 году ионные двигатели справляют полувековой юбилей в космосе. Всё это время проблему эрозии не удавалось решить даже в первом приближении. (Здесь и ниже илл. NASA, Wikimedia Commons.)
Как и всё хорошее, ИД любит, чтобы его питали: на один ньютон тяги нужно до 25 кВт энергии. Представим, что нам поручили запустить 100-тонный космический корабль к Плутону (вы уж простите нас за мечтательность!). В идеале даже для Юпитера нам потребуется 1 000 ньютонов тяги и 10 месяцев, а до Нептуна на той же тяге — полтора года. В общем, давайте про Плутоны всё-таки не будем, а то грустно как-то…
Ну а чтобы получить эти пока умозрительные 1 000 ньютонов, нам потребуется 25 мегаватт. В принципе, ничего технически невозможного — 100-тонный корабль мог бы принять атомный реактор. Кстати, в настоящее время НАСА и Министерство энергетики США работают над проектом Fission Surface Power . Правда, речь идёт о базах на Луне и Марсе, а не о кораблях. Но масса реактора не так уж высока — всего пять тонн, при размерах в 3×3×7 м…
Ну ладно, помечтали и хватит, скажете вы, и тут же вспомните частушку, якобы придуманную Львом Толстым во время Крымской войны. В конце концов, такой большой поток ионов, проходящий через двигатель (а это ключевое препятствие), вызовет его эрозию, и значительно быстрее, чем за десять месяцев или полтора года. Причём это не проблема выбора конструкционного материала — благо разрушаться в таких условиях будут и титан, и алмаз, — а неотъемлемая часть конструкции ионного двигателя per se.
Подготовлено по материалам Gizmag . и http://lab-37.com
А вы в курсе что в России активноили например о том, что скоро может появится Оригинал статьи находится на сайте ИнфоГлаз.рф Ссылка на статью, с которой сделана эта копия —
Плазменный двигатель от МИФИ испытают в космосе до конца года
Авторизация
Регистрация
Сброс пароля
Подпишитесь на
«СР-КУРЬЕР»
Быстрая и маленькая, как атом, газета — доставляем свежие новости из «Росатома», России и мира прямиком в ваш почтовый ящик
Больше не показывать
Вы знаете больше и готовы рассказать?
У вас есть интересная история или вы знаете больше о теме, по которой мы уже выпустили материал. Поделитесь с СР любой идеей. Ждем ваших сообщений!
Прикрепить файл
Отправить
Марина Полякова
МИФИ
В МИФИ делают сверхмалый плазменный двигатель для наноспутников. Сложность в том, чтобы заставить его работать от маленькой конденсаторной батареи, над чем ученые бились много лет. В конце года аппарат планируют испытать в космосе. Подробностями о разработке, испытаниях двигателя на орбите и будущем серийном производстве поделился один из создателей устройства, руководитель лаборатории плазменных ракетных двигателей Института лазерных и плазменных технологий МИФИ Игорь Егоров.
Тенденция к уменьшению
В последние годы в мире наблюдается настоящий бум наноспутников — аппаратов массой менее 10 кг. С начала 2021 года в космос запустили более 150 спутников формата CubeSat — одного из самых популярных типов малых спутников.
Многие из них применяются для дистанционного зондирования Земли. К примеру, американская компания Planet Labs запустила уже больше 100 космических аппаратов, оборудованных телескопом, камерой и ПО для съемки поверхности Земли с разрешением 3–5 м. Проблема таких аппаратов в том, что их запускают на орбиту, просто выбрасывая десятками из ракеты в одном месте. Для качественной съемки нужно распределить спутники по орбите равномерно, а значит, необходимо изменить их скорость вращения вокруг Земли. В Planet Labs для этого используют установленные на спутнике раскрывающиеся панели: поворачивают их либо перпендикулярно движению спутника, чтобы значительно замедлить его движение, либо параллельно, если нужно немного его замедлить. Метод хорош, но не идеален: из-за замедления спутники часто теряют высоту и, постепенно сходя с орбиты, сгорают в атмосфере. Тогда приходится снова запускать несколько десятков спутников на замену.
CUBESAT
Это формат сверхмалых искусственных спутников, базовый модуль (1U) имеет габариты 10×10×11,3 см, из которых 10×10×10 см доступны для размещения полезной нагрузки. Масса у 1U не более 1,33 кг. Часто объединяют несколько стандартных кубов в составе одного спутника (обозначаются 2U, 3U и т. д.). Количество зависит от размера и массы оборудования, которое необходимо разместить на спутнике. Так, для съемки поверхности Земли с орбиты достаточно 3U, а отправившаяся на Марс миссия Mars Cube One состояла из двух спутников CubeSat 6U — слишком много оборудования потребовалось для такого дальнего полета.
Выходом стала бы установка миниатюрного двигателя, который позволит перемещать спутник без потери высоты и затем поддерживать стабильную орбиту. Однако почти все используемые на спутниках двигатели предназначены для больших аппаратов. И даже если удастся уместить какой-то из существующих двигателей в наноспутнике, он все равно будет потреблять слишком много энергии. Спутник маленький, и солнечные батареи у него маленькие, они не дадут достаточно энергии для питания двигателя. Еще одно ограничение связано с безопасностью: нельзя использовать взрывоопасные вещества, а значит, не получится поставить на спутник, к примеру, жидкостный ракетный двигатель на гидразине.
Углеродный скелет
В нашем плазменном двигателе рабочим телом служит пластик полиацеталь, который, постепенно выгорая, превращается в плазму, выбрасывается из двигателя и таким образом создает тягу, приводящую спутник в движение. Идея использовать пластик не нова. Первый в истории плазменный двигатель в космосе испытали в 1964 году на советской автоматической межпланетной станции «Зонд‑2», которая отправилась к Марсу. Несколько плазменных двигателей, в разработке которых принимал участие мой учитель Виктор Александрович Храбров, отвечали за ориентацию станции в пространстве. В основе разработки тоже лежало рабочее тело из пластика — но не из полиацеталя, а из фторопласта. Преимущество этого материала — высокая плотность, в небольшом объеме можно заключить больше материала. Но есть и недостаток: при использовании такого пластика нужен большой разрядный ток. Если ток недостаточен, поверхность фторопласта покрывается слоем углерода: пластик испаряется не полностью, углерод остается в виде тонкой пленки и из-за своей электропроводности вызывает короткое замыкание. Двигатель выходит из строя.
Храбров с такой сложностью не сталкивался просто потому, что его двигатели были большого размера: он мог использовать тяжелые громоздкие импульсные конденсаторы, которые генерировали большой разрядный ток.
Моя же задумка была в том, чтобы сделать плазменный двигатель гораздо меньшего размера (размер двигателя — 83×83×50 мм. — СР). Я стал изучать химические формулы пластиков и обратил внимание на полиацеталь, углеродный скелет которого состоял не из сплошной углеродной цепочки (-С-С-С-), как у фторопласта, а из перемежающихся атомов углерода и кислорода (-С-О-С-). Использование такого материала решило проблему углеродной пленки. На поверхности рабочего тела нашего двигателя все равно образуется слой некоего вещества вроде нефти или масла, но оно не проводит электричество и никак не влияет на работу аппарата.
Другая особенность нашего двигателя — внешняя магнитная система из медной катушки. С ее помощью удалось ограничить разрядный ток и при этом сохранить эффективность двигателя.
И, наконец, мы смогли установить на двигатель компактные и легкие конденсаторы. Создание маленького двигателя никогда не было проблемой, сложность была как раз в том, чтобы заставить его работать от маленькой конденсаторной батареи. Над этим ученые бились не один год.
Тысяча часов на орбите
Ближайшие несколько месяцев мы будем дорабатывать двигатель, совершенствовать технологию: попробуем изменить конфигурацию электродов, размер и форму рабочего тела, чтобы увеличить запас пластика и тем самым повысить эффективность двигателя. В конце года наши устройства пройдут испытания на орбите — отправятся в космос на двух спутниках на платформе «ОрбиКрафт-Про». У нас уже есть договоренность с их разработчиками — частной космической компанией «Спутникс». Параллельно с испытаниями на орбите проведем ресурсные испытания на Земле. Предполагается, что ресурс работы нашего устройства будет около 1 тыс. часов. По всей видимости, к лету 2022 года завершатся все испытания, и мы сможем уверенно говорить про ресурс работы, силу тяги двигателя, совместимость с оборудованием спутника и т. д. Если все пройдет гладко, то наладим серийный выпуск двигателей.
«СПУТНИКС»
Российская частная космическая компания, резидент «Сколкова». Разрабатывает технологии производства спутниковых платформ, служебных систем микроспутников и наноспутников. В 2017 году компания создала спутниковую платформу «ОрбиКрафт-Про» — набор-конструктор, позволяющий собирать наноспутники различной конфигурации, на которые можно установить научную аппаратуру.
К нам уже обратились представители образовательного проекта по разработке и производству космических аппаратов. Они планируют покупать 10–15 двигателей в год. Проявила интерес и компания Orbital Express, которая в следующем году запускает на орбиту собственный спутник и хочет видеть на нем наш двигатель, а также другие, помимо «Спутникса», разработчики наноспутниковых платформ. Интерес к нашей разработке довольно большой, это приятно.
Есть интересная история?
Напишите нам
Читайте также:
Синхроинфотрон.
22 сентября 2022
Лирика для ученых: подборка фильмов, которые пробуждают интерес к физике
Ионный двигатель | это… Что такое Ионный двигатель?
Испытания ионного двигателя на ксеноне
Ионный двигатель NSTAR американской АМС Deep Space 1
Ионный двигатель — разновидность электрического ракетного двигателя. Его рабочим телом является ионизированный газ (аргон, ксенон и т. п.).
Содержание
1 История
2 Принцип действия
3 Перспективы
3.1 Действующие миссии
3.2 Планируемые миссии
3.3 Нереализованные проекты
4 Примечания
5 См. также
6 Ссылки
История
В этом разделе не хватает ссылок на источники информации.
Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 29 февраля 2012.
Принцип ионного двигателя довольно давно известен и широко представлен в фантастической литературе, компьютерных играх и кинематографе, но для космонавтики стал доступен только в последнее время.
В 1960 году был построен первый функционирующий широко-лучевой (broad-beam) ионный электростатический двигатель (создан в США в NASA Lewis Research Center). В 1964 году — первая успешная суборбитальная демонстрация ионного двигателя (SERT I) тест на выполнимость нейтрализации ионного луча в космосе.
В 1970 году — испытание на длительную работу ртутных ионных электростатических двигателей в космосе (SERT II). С 1970-х годов ионные двигатели на эффекте Холла использовались в СССР в качестве навигационных двигателей (двигатели СПД-60 использовались в 1970-х годах на «Метеорах», СПД-70 на спутниках «Космос» и «Луч» в 1980-х, СПД-100 в ряде спутников в 1990-х).[1]
В качестве основного (маршевого) двигателя ионный двигатель был впервые применён на космическом аппарате Deep Space 1 (первый запуск двигателя 10 ноября 1998). Следующими аппаратами стали европейский лунный зонд Смарт-1, запущенный 28 сентября 2003, и японский аппарат Хаябуса, запущенный к астероиду в мае 2003.
Следующим аппаратом NASA, обладающим маршевыми ионными двигателями, стала (после ряда замораживаний и возобновления работ) АМС Dawn, которая стартовала 27 сентября 2007 года. Dawn предназначается для изучения Весты и Цереры, и несет три двигателя NSTAR, успешно испытанных на Deep Space 1.
Европейское Космическое Агентство установило ионный двигатель на борту спутника GOCE, запущенного 17 марта 2009 года на сверх-низкую околоземную орбиту высотой всего около 260 км. Ионный двигатель создаёт в постоянном режиме импульс, компенсирующий атмосферное трение и другие негравитационные воздействия на спутник.
Принцип действия
Принцип работы двигателя заключается в ионизации газа и его разгоне электростатическим полем. При этом, благодаря высокому отношению заряда к массе, становится возможным разогнать ионы до очень высоких скоростей (вплоть до 210 км/с[2] по сравнению с 3—4,5 км/с у химических ракетных двигателей). Таким образом, в ионном двигателе можно достичь очень большого удельного импульса. Это позволяет значительно уменьшить расход реактивной массы ионизированного газа по сравнению с расходом реактивной массы в химических ракетах, но требует больших затрат энергии.
В существующих реализациях для поддержки работы двигателя используются солнечные батареи. Но для работы в дальнем космосе такой способ неприемлем. Поэтому уже сейчас для этих целей иногда используются ядерные установки.
Источником ионов служит газ, как правило это аргон или водород, бак с газом стоит в самом начале двигателя, оттуда газ подаётся в отсек ионизации, получается холодная плазма, которая разогревается в следующем отсеке посредством ионного циклотронного резонансного нагрева. После нагрева, высокоэнергетическая плазма подается в магнитное сопло, где она формируется в поток посредством магнитного поля, разгоняется и выбрасывается в окружающую среду. Таким образом достигается тяга.
С тех пор плазменные двигатели прошли большой путь и разделились на несколько основных типов, это электротермические двигатели, электростатические двигатели, сильноточные или магнитодинамические двигатели и импульсные двигатели. В свою очередь электростатические двигатели делятся на ионные и плазменные (ускорители частиц на квазинейтральной плазме).
Ионный двигатель использует в качестве топлива ксенон или ртуть. Первый ионный двигатель назывался сетчатый электростатический ионный двигатель. В ионизатор подается ксенон, который сам по себе нейтрален, но при бомбардировании высокоэнергетическими электронами ионизируется. Таким образом в камере образуется смесь из положительных ионов и отрицательных электронов. Для «отфильтровывания» электронов в камеру выводится трубка с катодными сетками, которая притягивает к себе электроны.
Положительные ионы притягиваются к системе извлечения, состоящей из 2 или 3 сеток. Между сетками поддерживается большая разница электростатических потенциалов (+1090 вольт на внутренней против — 225 на внешней). В результате попадания ионов между сетками, они разгоняются и выбрасываются в пространство, ускоряя корабль, согласно третьему закону Ньютона. Электроны, пойманные в катодную трубку выбрасываются из двигателя под небольшим углом к соплу и потоку ионов. Это делается по двум причинам:
чтобы корпус корабля оставался нейтрально заряженным;
чтобы ионы «нейтрализованные» таким образом не притягивались обратно к кораблю.
Чтобы ионный двигатель работал нужны всего 2 вещи — газ и электричество.
Недостаток двигателя в его нынешних реализациях — очень слабая тяга (порядка 50-100 миллиньютонов). Таким образом, нет возможности использовать ионный двигатель для старта с планеты, но, с другой стороны, в условиях невесомости, при достаточно долгой работе двигателя есть возможность разогнать космический аппарат до скоростей, недоступных сейчас никаким другим из существующих видов двигателей.
Перспективы
Ионный двигатель с ядерным реактором имеет небольшое ускорение, что делает его непригодным для межзвездного полета[3][4].
Действующие миссии
SERT
Deep Space 1
Artemis
Hayabusa
Smart 1
Dawn
GOCE
Планируемые миссии
BepiColombo
ЕКА планирует использовать ионный двигатель в меркурианской миссии BepiColombo. Он будет базироваться на двигателе, основанном на Смарт-1, но станет более мощным (запуск намечен на 2011—2012).
GSAT-4
LISA Pathfinder
Международная космическая станция
Нереализованные проекты
NASA вело проект «Прометей», для которого разрабатывался мощный ионный двигатель, питающийся электричеством от бортового ядерного реактора. Предполагалось, что такие двигатели в количестве восьми штук могли бы разогнать аппарат до 90 км/с. Первый аппарат этого проекта Jupiter Icy Moons Explorer планировалось отправить к Юпитеру в 2017 году, однако разработка этого аппарата была приостановлена в 2005 году из-за технических сложностей. В настоящее время идёт поиск более простого проекта АМС для первого испытания по программе «Прометей».
Примечания
↑ Хроника запусков космических аппаратов с оборудованием ОКБ «Факел». ОКБ «Факел». Архивировано из первоисточника 7 декабря 2012. Проверено 6 декабря 2012.
↑ Испытан рекордный ионный двигатель (рус.) (html). membrana.ru. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 19 марта 2011.
↑ Project Daedalus — Origins
↑ перевод А.Семенова. Заседание общества благородных джентельменов
См. также
Плазменный ракетный двигатель
Электрический ракетный двигатель
Электромагнитный ракетный ускоритель
Ссылки
Статья в Компьютерре
Об использовании ядерных реакторов для ионных двигателей (Мембрана.ру)
BepiColombo на сайте ЕКА
Проект «Прометей» на сайте НАСА
АМС Dawn с ионным двигателем стартовала 25 сентября 2007 г.
«Ионный двигатель толкает российскую экономику и науку вперед» в блоге «Наука»
26 января 2016 г.
.
Ученым из Московского авиационного института и воронежского Конструкторского бюро химавтоматики удалось разработать, собрать и провести стендовые испытания ионного двигателя. Пока двигатель получил название ВЧИД-45.
Начав опытные научно-исследовательские конструкторские работы в 2012 году, команда разработчиков изготовила к 2016 году опытный образец.
По мнению создателей, двигатель может использоваться для полета человека на Марс, запуска космических аппаратов к дальним планетам Солнечной системы и грузовых полетов на орбите Земли (с геостационарной орбиты на Луну, например).
Вообще говоря, Россия не является лидером в разработке и использовании ионных двигателей — американцы (проект Deep Space 1), европейцы (Smart-1) и японцы («Хаябуса») уже создавали и запускали аппараты с ионными двигателями в роли маршевых (основных). Советский Союз в семидесятые годы использовал ионные двигатели в качестве маневровых, но до разработки достаточно мощного двигателя, который реально было бы использовать в качестве маршевого, дело не дошло.
Одной из фундаментальных проблем исследования человеком Вселенной являются огромные расстояния (ну, или наши ничтожные размеры относительно Вселенских масштабов). Да и пока что человечество только теоретически осознало проблемы и саму необходимость межзвездных полетов.
Напомним читателям: согласно специальной теории относительности, разработанной Эйнштейном, наибольшей скоростью обладает свет (300 000 км/с). И то свет преодолевает пространства сотнями лет.
Так что пока полеты человека вне пределов Солнечной системы остаются под значительным вопросом хотя бы по той причине, что такой полет будет очень длинным. К тому же знаем и умеем для таких полетов мы пока что очень мало — нам бы изучить нашу родную планетную систему.
Поэтому сегодня ученые и конструкторы космических аппаратов сосредоточились на создании двигателей для полетов между планетами, и им удалось создать двигатели, способные развивать скорость, достаточную для исследования объектов в Солнечной системе.
Сегодня основным маршевым двигателем для космических аппаратов продолжает оставаться химический ракетный двигатель. Но требуемое большое количество топлива и практически достигнутый его предел энергетических возможностей, а также практически достигнутый потолок по КПД для двигателей ограничивают использование подобного типа двигателей околоземными полетами и исследованием космоса в пределах Солнечной системы (да и то очень неспешными темпами).
Тут-то и открываются перспективы ионного двигателя. Работает ионный двигатель, в основном, на ксеноне или ртути. Реактивная тяга создается благодаря ионизации и разгону в электрическом поле газа. Благодаря этому ионный двигатель обладает рядом преимуществ.
Во-первых, он требует очень мало топлива. Так, российский ВЧИД-45 в секунду тратит меньше 12 миллиграмм топлива.
Во-вторых, срок его работы гораздо больше, чем у того же химического. Американские ионные двигатели работают около трех лет непрерывно. У нашего ВЧИД-45 пока заявлен ресурс в 50000 часов непрерывной работы. То есть, более 7 лет.
Но, к сожалению, пока что ионный двигатель создает гораздо меньшую тягу, нежели химический. То есть, грубо говоря, с Земли на ионном двигателе не взлететь. А вот в космическом пространстве можно разогнаться до гораздо больших скоростей, чем на химическом.
Что же может дать России разработка подобного двигателя? По сути дела, создание отечественного двигателя вновь открывает для России дверь в дальний (по нашим современным меркам) космос и позволит создавать и запускать космические аппараты для исследования дальних планет Солнечной системы. К тому же, ионные двигатели сегодня используются и на спутниках (как маневровые), что опять же расширяет наши возможности.
Конечно, полеты к дальним звездам не приносят той же прибыли, как нефть при цене за баррель в районе ста долларов, но перед нашей наукой открываются возможности для развития в действительно необходимом для человечества направлении. Ведь сегодня по большей части наша страна лишилась звания ведущей космической державы и превратилась в ведущего космического извозчика — чужие аппараты и спутники запускаем, собственные коммерческие и военные тоже, но перспективных научных проектов и конструкторских разработок не ведем. К тому же в нашей экономической и геополитической ситуации практически бесполезно надеяться на появление отечественного Илона Маска, который просто возьмется за создание частной российской космической компании.
При этом, помимо научных достижений и политического престижа, исследование космоса имеет огромный эффект мультипликатора для экономики. Освоение космоса дало человечеству в качестве «приятных бонусов» множество открытий, которые сегодня даже не ассоциируются с космическими полетами: системы геолокации и навигации, множество материалов, используемых в повседневности и электронике и многое другое. Будем надеяться, что создание отечественного ионного двигателя позволит толкнуть российскую экономику и науку вперед. Честь и хвала новым отечественным Королёвым!
P. S. Нельзя не упомянуть про забавный культурный феномен. Недавно вышло продолжение знаменитой космической оперы Джорджа Люкаса — седьмой эпизод Звездных Войн. Фанаты данной вселенной наслышаны про ионные двигатели — именно они в далёкой-далёкой галактике стоят на всех космических кораблях.
Ion thruster — Wikipedia
This article is about a kind of reaction engine. For the air propulsion concept, see ionocraft.
The 2.3 kW NSTAR ion thruster of the NASA for the Deep Space 1 spacecraft during a hot fire test at the Jet Propulsion Laboratory.
NEXIS ion engine test (2005)
A prototype of a xenon ion engine being tested at NASA’s Jet Propulsion Laboratory
An ion thruster, ion drive, or ion engine is a form of electric propulsion used for spacecraft propulsion. It creates thrust by accelerating ions using electricity.
An ion thruster ionizes a neutral gas by extracting some electrons out of atoms, creating a cloud of positive ions. These ion thrusters rely mainly on electrostatics as ions are accelerated by the Coulomb force along an electric field. Temporarily stored electrons are finally reinjected by a neutralizer in the cloud of ions after it has passed through the electrostatic grid, so the gas becomes neutral again and can freely disperse in space without any further electrical interaction with the thruster. By contrast, electromagnetic thrusters use the Lorentz force to accelerate all species (free electrons as well as positive and negative ions) in the same direction whatever their electric charge, and are specifically referred to as plasma propulsion engines, where the electric field is not in the direction of the acceleration.[1][2]
Ion thrusters in operation typically consume 1–7 kW of power, have exhaust velocities around 20–50 km/s (Isp 2000–5000 s), and possess thrusts of 25–250 mN and a propulsive efficiency 65–80%[3][4] though experimental versions have achieved 100 kW (130 hp), 5 N (1.1 lbf).[5]
The Deep Space 1 spacecraft, powered by an ion thruster, changed velocity by 4.3 km/s (2.7 mi/s) while consuming less than 74 kg (163 lb) of xenon. The Dawn spacecraft broke the record, with a velocity change of 11.5 km/s (7.1 mi/s), though it was only half as efficient, requiring 425 kg (937 lb) of xenon.[6]
Applications include control of the orientation and position of orbiting satellites (some satellites have dozens of low-power ion thrusters) and use as a main propulsion engine for low-mass robotic space vehicles (such as Deep Space 1 and Dawn).[3][4]
Ion thrust engines are practical only in the vacuum of space and cannot take vehicles through the atmosphere because ion engines do not work in the presence of ions outside the engine; additionally, the engine’s minuscule thrust cannot overcome any significant air resistance. Moreover, notwithstanding the presence of an atmosphere (or lack thereof) an ion engine cannot generate sufficient thrust to achieve initial liftoff from any celestial body with significant surface gravity. For these reasons, spacecraft must rely on other methods such as conventional chemical rockets or non-rocket launch technologies to reach their initial orbit.
Contents
1 Origins
2 General working principle
3 Electrostatic thrusters
3. 1 Gridded electrostatic ion thrusters
3.2 Hall-effect thrusters
3.3 Field-emission electric propulsion
4 Electromagnetic thrusters
4.1 Pulsed inductive thrusters
4.2 Magnetoplasmadynamic thruster
4.3 Electrodeless plasma thrusters
4.4 Helicon double layer thrusters
4.5 Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket (VASIMR)
4.6 Microwave electrothermal thrusters
5 Radioisotope thruster
6 Comparisons
7 Lifetime
7.1 Gridded thruster life
7.2 Hall-effect thruster life
8 Propellants
9 Energy efficiency
10 Missions
10.1 Demonstration vehicles
10.1.1 SERT
10.2 Operational missions
10.2.1 In Earth orbit
10.2.1.1 Tiangong space station
10.2.1.2 Starlink
10.2.1.3 GOCE
10.2.2 In deep space
10.2.2.1 Deep Space 1
10. 2.2.2 Hayabusa and Hayabusa2
10.2.2.3 Smart 1
10.2.2.4 Dawn
10.2.3 LISA Pathfinder
10.2.4 BepiColombo
10.2.5 Double Asteroid Redirection Test
10.3 Proposed missions
10.3.1 International Space Station
10.3.2 Lunar Gateway
10.3.3 MARS-CAT
10.3.4 Interstellar missions
11 Popular culture
12 See also
13 References
13.1 Bibliography
14 External links
14.1 Articles
Origins[edit]
SERT-1 spacecraft
The first person who wrote a paper introducing the idea publicly was Konstantin Tsiolkovsky in 1911.[7] The technique was recommended for near-vacuum conditions at high altitude, but thrust was demonstrated with ionized air streams at atmospheric pressure. The idea appeared again in Hermann Oberth’s «Wege zur Raumschiffahrt» (Ways to Spaceflight), published in 1929,[8] where he explained his thoughts on the mass savings of electric propulsion, predicted its use in spacecraft propulsion and attitude control, and advocated electrostatic acceleration of charged gasses.[9]
A working ion thruster was built by Harold R. Kaufman in 1959 at the NASA Glenn Research Center facilities. It was similar to a gridded electrostatic ion thruster and used mercury for propellant. Suborbital tests were conducted during the 1960s and in 1964, the engine was sent into a suborbital flight aboard the Space Electric Rocket Test-1 (SERT-1).[10][11] It successfully operated for the planned 31 minutes before falling to Earth.[12] This test was followed by an orbital test, SERT-2, in 1970.[13][14]
An alternate form of electric propulsion, the Hall-effect thruster, was studied independently in the United States and the Soviet Union in the 1950s and 1960s. Hall-effect thrusters operated on Soviet satellites from 1972 until the late 1990s, mainly used for satellite stabilization in north–south and in east–west directions. Some 100–200 engines completed missions on Soviet and Russian satellites.[15] Soviet thruster design was introduced to the West in 1992 after a team of electric propulsion specialists, under the support of the Ballistic Missile Defense Organization, visited Soviet laboratories.
General working principle[edit]
Ion thrusters use beams of ions (electrically charged atoms or molecules) to create thrust in accordance with momentum conservation. The method of accelerating the ions varies, but all designs take advantage of the charge/mass ratio of the ions. This ratio means that relatively small potential differences can create high exhaust velocities. This reduces the amount of reaction mass or propellant required, but increases the amount of specific power required compared to chemical rockets. Ion thrusters are therefore able to achieve high specific impulses. The drawback of the low thrust is low acceleration because the mass of the electric power unit directly correlates with the amount of power. This low thrust makes ion thrusters unsuited for launching spacecraft into orbit, but effective for in-space propulsion over longer periods of time.
Ion thrusters are categorized as either electrostatic or electromagnetic. The main difference is the method for accelerating the ions. {2}} }, the standard gravitational acceleration of Earth, and noting that F=ma⟹a=F/m{\displaystyle F=ma\implies a=F/m}, this can be analyzed. An NSTAR thruster producing a thrust force of 92 mN[17] will accelerate a satellite with a mass of 1 ton by 0.092 N / 1000 kg = 9.2×10−5 m/s2 (or 9.38×10−6g). However, this acceleration can be sustained for months or years at a time, in contrast to the very short burns of chemical rockets.
Where:
F is the thrust force in N,
η is the efficiency
P is the electrical power used by the thruster in W, and
Isp is the specific impulse in seconds.
The ion thruster is not the most promising type of electrically powered spacecraft propulsion, but it is the most successful in practice to date.[4] An ion drive would require two days to accelerate a car to highway speed in vacuum. The technical characteristics, especially thrust, are considerably inferior to the prototypes described in literature,[3][4] technical capabilities are limited by the space charge created by ions. This limits the thrust density (force per cross-sectional area of the engine).[4] Ion thrusters create small thrust levels (the thrust of Deep Space 1 is approximately equal to the weight of one sheet of paper[4]) compared to conventional chemical rockets, but achieve high specific impulse, or propellant mass efficiency, by accelerating the exhaust to high speed. The power imparted to the exhaust increases with the square of exhaust velocity while thrust increase is linear. Conversely, chemical rockets provide high thrust, but are limited in total impulse by the small amount of energy that can be stored chemically in the propellants.[18] Given the practical weight of suitable power sources, the acceleration from an ion thruster is frequently less than one-thousandth of standard gravity. However, since they operate as electric (or electrostatic) motors, they convert a greater fraction of input power into kinetic exhaust power. Chemical rockets operate as heat engines, and Carnot’s theorem limits the exhaust velocity.
Electrostatic thrusters[edit]
Gridded electrostatic ion thrusters[edit]
Main article: Gridded ion thruster
A diagram of how a gridded electrostatic ion engine (multipole magnetic cusp type) works
Gridded electrostatic ion thrusters development started in the 1960s[19] and, since then, it has been used for commercial satellite propulsion[20][21][22] and scientific missions.[23][24] Their main feature is that the propellant ionization process is physically separated from the ion acceleration process.[25]
The ionization process takes place in the discharge chamber, where by bombarding the propellant with energetic electrons, as the energy transferred ejects valence electrons from the propellant gas’s atoms. These electrons can be provided by a hot cathode filament and accelerated through the potential difference towards an anode. Alternatively, the electrons can be accelerated by an oscillating induced electric field created by an alternating electromagnet, which results in a self-sustaining discharge without a cathode (radio frequency ion thruster).
The positively charged ions are extracted by a system consisting of 2 or 3 multi-aperture grids. After entering the grid system near the plasma sheath, the ions are accelerated by the potential difference between the first grid and second grid (called the screen grid and the accelerator grid, respectively) to the final ion energy of (typically) 1–2 keV, which generates thrust.
Ion thrusters emit a beam of positively charged ions. To keep the spacecraft from accumulating a charge, another cathode is placed near the engine to emit electrons into the ion beam, leaving the propellant electrically neutral. This prevents the beam of ions from being attracted (and returning) to the spacecraft, which would cancel the thrust.[12]
Gridded electrostatic ion thruster research (past/present):
NASA Solar Technology Application Readiness (NSTAR), 2.3 kW, used on two successful missions
High Power Electric Propulsion (HiPEP), 25 kW, test example built and run briefly on the ground
EADS Radio-frequency Ion Thruster (RIT)
Dual-Stage 4-Grid (DS4G)[26][27]
Hall-effect thrusters[edit]
Main article: Hall-effect thruster
Schematic of a Hall-effect thruster
Hall-effect thrusters accelerate ions by means of an electric potential between a cylindrical anode and a negatively charged plasma that forms the cathode. The bulk of the propellant (typically xenon) is introduced near the anode, where it ionizes and flows toward the cathode; ions accelerate towards and through it, picking up electrons as they leave to neutralize the beam and leave the thruster at high velocity.
The anode is at one end of a cylindrical tube. In the center is a spike that is wound to produce a radial magnetic field between it and the surrounding tube. The ions are largely unaffected by the magnetic field, since they are too massive. However, the electrons produced near the end of the spike to create the cathode are trapped by the magnetic field and held in place by their attraction to the anode. Some of the electrons spiral down towards the anode, circulating around the spike in a Hall current. When they reach the anode they impact the uncharged propellant and cause it to be ionized, before finally reaching the anode and completing the circuit.[28]
Field-emission electric propulsion[edit]
Main article: Field-emission electric propulsion
Field-emission electric propulsion (FEEP) thrusters may use caesium or indium propellants. The design comprises a small propellant reservoir that stores the liquid metal, a narrow tube or a system of parallel plates that the liquid flows through and an accelerator (a ring or an elongated aperture in a metallic plate) about a millimeter past the tube end. Caesium and indium are used due to their high atomic weights, low ionization potentials and low melting points. Once the liquid metal reaches the end of the tube, an electric field applied between the emitter and the accelerator causes the liquid surface to deform into a series of protruding cusps, or Taylor cones. At a sufficiently high applied voltage, positive ions are extracted from the tips of the cones.[29][30][31] The electric field created by the emitter and the accelerator then accelerates the ions. An external source of electrons neutralizes the positively charged ion stream to prevent charging of the spacecraft.
Electromagnetic thrusters[edit]
This article or section appears to contradict the article Electrically powered spacecraft propulsion. Please see the talk page for more information. (April 2018)
Main article: Plasma propulsion engine
Pulsed inductive thrusters[edit]
Main article: Pulsed inductive thruster
Pulsed inductive thrusters (PIT) use pulses instead of continuous thrust and have the ability to run on power levels on the order of megawatts (MW). PITs consist of a large coil encircling a cone shaped tube that emits the propellant gas. Ammonia is the gas most commonly used. For each pulse, a large charge builds up in a group of capacitors behind the coil and is then released. This creates a current that moves circularly in the direction of jθ. The current then creates a magnetic field in the outward radial direction (Br), which then creates a current in the gas that has just been released in the opposite direction of the original current. This opposite current ionizes the ammonia. The positively charged ions are accelerated away from the engine due to the electric field jθ crossing the magnetic field Br, due to the Lorentz Force.[32]
Magnetoplasmadynamic thruster[edit]
Main article: Magnetoplasmadynamic thruster
Magnetoplasmadynamic (MPD) thrusters and lithium Lorentz force accelerator (LiLFA) thrusters use roughly the same idea. The LiLFA thruster builds on the MPD thruster. Hydrogen, argon, ammonia and nitrogen can be used as propellant. In a certain configuration, the ambient gas in low Earth orbit (LEO) can be used as a propellant. The gas enters the main chamber where it is ionized into plasma by the electric field between the anode and the cathode. This plasma then conducts electricity between the anode and the cathode, closing the circuit. This new current creates a magnetic field around the cathode, which crosses with the electric field, thereby accelerating the plasma due to the Lorentz force.
The LiLFA thruster uses the same general idea as the MPD thruster, with two main differences. First, the LiLFA uses lithium vapor, which can be stored as a solid. The other difference is that the single cathode is replaced by multiple, smaller cathode rods packed into a hollow cathode tube. MPD cathodes are easily corroded due to constant contact with the plasma. In the LiLFA thruster, the lithium vapor is injected into the hollow cathode and is not ionized to its plasma form/corrode the cathode rods until it exits the tube. The plasma is then accelerated using the same Lorentz force.[33][34][35]
In 2013, Russian company the Chemical Automatics Design Bureau successfully conducted a bench test of their MPD engine for long-distance space travel.[36]
Electrodeless plasma thrusters[edit]
Main article: Electrodeless plasma thruster
Electrodeless plasma thrusters have two unique features: the removal of the anode and cathode electrodes and the ability to throttle the engine. The removal of the electrodes eliminates erosion, which limits lifetime on other ion engines. Neutral gas is first ionized by electromagnetic waves and then transferred to another chamber where it is accelerated by an oscillating electric and magnetic field, also known as the ponderomotive force. This separation of the ionization and acceleration stages allows throttling of propellant flow, which then changes the thrust magnitude and specific impulse values.[37]
Helicon double layer thrusters[edit]
Main article: Helicon double-layer thruster
A helicon double layer thruster is a type of plasma thruster that ejects high velocity ionized gas to provide thrust. In this design, gas is injected into a tubular chamber (the source tube) with one open end. Radio frequency AC power (at 13.56 MHz in the prototype design) is coupled into a specially shaped antenna wrapped around the chamber. The electromagnetic wave emitted by the antenna causes the gas to break down and form a plasma. The antenna then excites a helicon wave in the plasma, which further heats it. The device has a roughly constant magnetic field in the source tube (supplied by solenoids in the prototype), but the magnetic field diverges and rapidly decreases in magnitude away from the source region and might be thought of as a kind of magnetic nozzle. In operation, a sharp boundary separates the high density plasma inside the source region and the low density plasma in the exhaust, which is associated with a sharp change in electrical potential. Plasma properties change rapidly across this boundary, which is known as a current-free electric double layer. The electrical potential is much higher inside the source region than in the exhaust and this serves both to confine most of the electrons and to accelerate the ions away from the source region. Enough electrons escape the source region to ensure that the plasma in the exhaust is neutral overall.
Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket (VASIMR)[edit]
Main article: Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket
The proposed Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket (VASIMR) functions by using radio waves to ionize a propellant into a plasma, and then using a magnetic field to accelerate the plasma out of the back of the rocket engine to generate thrust. The VASIMR is currently being developed by Ad Astra Rocket Company, headquartered in Houston, Texas, with help from Canada-based Nautel, producing the 200 kW RF generators for ionizing propellant. Some of the components and «plasma shoots» experiments are tested in a laboratory settled in Liberia, Costa Rica. This project is led by former NASA astronaut Dr. Franklin Chang-Díaz (CRC-USA). A 200 kW VASIMR test engine was in discussion to be fitted in the exterior of the International Space Station, as part of the plan to test the VASIMR in space – however plans for this test onboard ISS were canceled in 2015 by NASA, with a free flying VASIMR test being discussed by Ad Astra instead.[38] An envisioned 200 megawatt engine could reduce the duration of flight from Earth to Jupiter or Saturn from six years to fourteen months, and Mars from 7 months to 39 days.[39]
Microwave electrothermal thrusters[edit]
Under a research grant from the NASA Lewis Research Center during the 1980s and 1990s, Martin C. Hawley and Jes Asmussen led a team of engineers in developing a Microwave Electrothermal Thruster (MET).[40]
In the discharge chamber, microwave (MW) energy flows into the center containing a high level of ions (I), causing neutral species in the gaseous propellant to ionize. Excited species flow out (FES) through the low ion region (II) to a neutral region (III) where the ions complete their recombination, replaced with the flow of neutral species (FNS) towards the center. Meanwhile, energy is lost to the chamber walls through heat conduction and convection (HCC), along with radiation (Rad). The remaining energy absorbed into the gaseous propellant is converted into thrust.
Radioisotope thruster[edit]
A theoretical propulsion system has been proposed, based on alpha particles (He2+ or 4 2He2+ indicating a helium ion with a +2 charge) emitted from a radioisotope uni-directionally through a hole in its chamber. A neutralising electron gun would produce a tiny amount of thrust with high specific impulse in the order of millions of seconds due to the high relativistic speed of alpha particles.[41]
A variant of this uses a graphite-based grid with a static DC high voltage to increase thrust as graphite has high transparency to alpha particles if it is also irradiated with short wave UV light at the correct wavelength from a solid state emitter. It also permits lower energy and longer half life sources which would be advantageous for a space application. Helium backfill has also been suggested as a way to increase electron mean free path.
Comparisons[edit]
Test data of some ion thrusters
Thruster
Propellant
Input power (kW)
Specific impulse (s)
Thrust (mN)
Thruster mass (kg)
Notes
NSTAR
Xenon
2. 3
1700–3300[42]
92 max.[17]
8.33 [43]
Used on the Deep Space 1 and Dawn space probes
PPS-1350 Hall effect
Xenon
1.5
1660
90
5.3
NEXT[17]
Xenon
6.9[44]
4190[44][45][46]
236 max.[17][46]
<13.5 [47]
Used in DART mission
X3[48]
Xenon or Krypton[49]
102[48]
1800–2650[50]
5400[48]
230[50][48]
NEXIS[51]
Xenon
20.5
RIT 22[52]
Xenon
5
BHT8000[53]
Xenon
8
2210
449
25
Hall effect
Xenon
75[citation needed]
FEEP
Liquid caesium
0006″>6×10−5–0.06
6000–10000[30]
0.001–1[30]
NPT30-I2
Iodine
0.034–0.066 [54]
1000–2500[54]
0.5–1.5[54]
1.2
AEPS[55]
Xenon
13.3
2900
600
25
To be used in Lunar Gateway PPE module.
Experimental thrusters (no mission to date)
Thruster
Propellant
Input power (kW)
Specific impulse (s)
Thrust (mN)
Thruster mass (kg)
Notes
Hall effect
Bismuth
1.9[56]
1520 (anode)[56]
143 (discharge)[56]
Hall effect
Bismuth
25[citation needed]
Hall effect
Bismuth
140[citation needed]
Hall effect
Iodine
0. 2[57]
1510 (anode)[57]
12.1 (discharge)[57]
Hall effect
Iodine
7[58]
1950[58]
413[58]
HiPEP
Xenon
20–50[59]
6000–9000[59]
460–670[59]
MPDT
Hydrogen
1500[60]
4900[60]
26300[citation needed]
MPDT
Hydrogen
3750[60]
3500[60]
88500[citation needed]
MPDT
Hydrogen
7500[citation needed]
6000[citation needed]
60000[citation needed]
LiLFA
Lithium vapor
500
4077[citation needed]
12000[citation needed]
FEEP
Liquid caesium
0006″>6×10−5–0.06
6000–10000[30]
0.001–1[30]
VASIMR
Argon
200
3000–12000
Approximately 5000[61]
620[62]
CAT[63]
Xenon, iodine, water[64]
0.01
690[65][66]
1.1–2 (73 mN/kW)[64]
<1[64]
DS4G
Xenon
250
19300
2500 max.
5
KLIMT
Krypton
0.5[67]
4[67]
ID-500
Xenon[68]
32–35
7140
375–750[69]
34.8
To be used in TEM
Lifetime[edit]
Ion thrusters’ low thrust requires continuous operation for a long time to achieve the necessary change in velocity (delta-v) for a particular mission. Ion thrusters are designed to provide continuous operation for intervals of weeks to years.
The lifetime of electrostatic ion thrusters is limited by several processes.
Gridded thruster life[edit]
In electrostatic gridded designs, charge-exchange ions produced by the beam ions with the neutral gas flow can be accelerated towards the negatively biased accelerator grid and cause grid erosion. End-of-life is reached when either the grid structure fails or the holes in the grid become large enough that ion extraction is substantially affected; e.g., by the occurrence of electron backstreaming. Grid erosion cannot be avoided and is the major lifetime-limiting factor. Thorough grid design and material selection enable lifetimes of 20,000 hours or more.
A test of the NASA Solar Technology Application Readiness (NSTAR) electrostatic ion thruster resulted in 30,472 hours (roughly 3.5 years) of continuous thrust at maximum power. Post-test examination indicated the engine was not approaching failure.[70][3][4] NSTAR operated for years on Dawn.
The NASA Evolutionary Xenon Thruster (NEXT) project operated continuously for more than 48,000 hours.[71] The test was conducted in a high vacuum test chamber. Over the course of the 5.5+ year test, the engine consumed approximately 870 kilograms of xenon propellant. The total impulse generated would require over 10,000 kilograms of conventional rocket propellant for a similar application.
Hall-effect thruster life[edit]
Hall-effect thrusters suffer from strong erosion of the ceramic discharge chamber by impact of energetic ions: a test reported in 2010 [72] showed erosion of around 1 mm per hundred hours of operation, though this is inconsistent with observed on-orbit lifetimes of a few thousand hours.
The Advanced Electric Propulsion System (AEPS) is expected to accumulate about 5,000 hours and the design aims to achieve a flight model that offers a half-life of at least 23,000 hours[73] and a full life of about 50,000 hours.[74]
Propellants[edit]
Ionization energy represents a large percentage of the energy needed to run ion drives. The ideal propellant is thus easy to ionize and has a high mass/ionization energy ratio. In addition, the propellant should not erode the thruster to any great degree to permit long life; and should not contaminate the vehicle.[75]
Many current designs use xenon gas, as it is easy to ionize, has a reasonably high atomic number, is inert and causes low erosion. However, xenon is globally in short supply and expensive. (~$3,000/kg in 2021[76])
Some older ion thruster designs used mercury propellant. However, mercury is toxic, tended to contaminate spacecraft, and was difficult to feed accurately. A modern commercial prototype may be using mercury successfully.[77] Mercury was formally banned as a propellant in 2022 by the Minamata Convention on Mercury.[78]
Since 2018, krypton is used to fuel the Hall-effect thrusters aboard Starlink internet satellites, in part due to its lower cost than conventional xenon propellant.[79]
Other propellants, such as bismuth and iodine, show promise both for gridless designs such as Hall-effect thrusters,[56][57][58] and gridded ion thrusters.[80]
Iodine
For the first time in space, Iodine was used as a propellant for electric propulsion on the NPT30-I2 gridded ion thruster by ThrustMe, on board the Beihangkongshi-1 mission launched in November 2020,[81][82][83] with an extensive report published a year later in the journal Nature.[84] The CubeSat Ambipolar Thruster (CAT) used on the Mars Array of Ionospheric Research Satellites Using the CubeSat Ambipolar Thruster (MARS-CAT) mission also proposes to use solid iodine as the propellant to minimize storage volume.[65][66]
VASIMR design (and other plasma-based engines) are theoretically able to use practically any material for propellant. However, in current tests the most practical propellant is argon, which is relatively abundant and inexpensive.
Energy efficiency[edit]
Plot of instantaneous propulsive efficiency and overall efficiency for a vehicle accelerating from rest as percentages of the engine efficiency. Note that peak vehicle efficiency occurs at about 1.6 times exhaust velocity.
Ion thruster efficiency is the kinetic energy of the exhaust jet emitted per second divided by the electrical power into the device.
Overall system energy efficiency is determined by the propulsive efficiency, which depends on vehicle speed and exhaust speed. Some thrusters can vary exhaust speed in operation, but all can be designed with different exhaust speeds. At the lower end of specific impulse, Isp, the overall efficiency drops, because ionization takes up a larger percentage energy and at the high end propulsive efficiency is reduced.
Optimal efficiencies and exhaust velocities for any given mission can be calculated to give minimum overall cost.
Missions[edit]
Ion thrusters have many in-space propulsion applications. The best applications make use of the long mission interval when significant thrust is not needed. Examples of this include orbit transfers, attitude adjustments, drag compensation for low Earth orbits, fine adjustments for scientific missions and cargo transport between propellant depots, e.g., for chemical fuels. Ion thrusters can also be used for interplanetary and deep-space missions where acceleration rates are not crucial. Ion thrusters are seen as the best solution for these missions, as they require high change in velocity but do not require rapid acceleration. Continuous thrust over long durations can reach high velocities while consuming far less propellant than traditional chemical rockets.
Demonstration vehicles[edit]
SERT[edit]
Ion propulsion systems were first demonstrated in space by the NASA Lewis (now Glenn Research Center) missions Space Electric Rocket Test (SERT)-1 and SERT-2A.[23] A SERT-1 suborbital flight was launched on 20 July 1964, and successfully proved that the technology operated as predicted in space. These were electrostatic ion thrusters using mercury and caesium as the reaction mass. SERT-2A, launched on 4 February 1970,[13][85] verified the operation of two mercury ion engines for thousands of running hours.[13]
Operational missions[edit]
Ion thrusters are routinely used for station-keeping on commercial and military communication satellites in geosynchronous orbit. The Soviet Union pioneered this field, using Stationary Plasma Thrusters (SPTs) on satellites starting in the early 1970s.
Two geostationary satellites (ESA’s Artemis in 2001–2003[86] and the United States military’s AEHF-1 in 2010–2012[87]) used the ion thruster to change orbit after the chemical-propellant engine failed. Boeing[88] began using ion thrusters for station-keeping in 1997 and planned in 2013–2014 to offer a variant on their 702 platform, with no chemical engine and ion thrusters for orbit raising; this permits a significantly lower launch mass for a given satellite capability. AEHF-2 used a chemical engine to raise perigee to 16,330 km (10,150 mi) and proceeded to geosynchronous orbit using electric propulsion.[89]
In Earth orbit[edit]
Tiangong space station[edit]
China’s Tiangong space station is fitted with ion thrusters. Tianhe core module is propelled by both chemical thrusters and four Hall-effect thrusters,[90] which are used to adjust and maintain the station’s orbit. The development of the Hall-effect thrusters is considered a sensitive topic in China, with scientists «working to improve the technology without attracting attention». Hall-effect thrusters are created with crewed mission safety in mind with effort to prevent erosion and damage caused by the accelerated ion particles. A magnetic field and specially designed ceramic shield was created to repel damaging particles and maintain integrity of the thrusters. According to the Chinese Academy of Sciences, the ion drive used on Tiangong has burned continuously for 8,240 hours without a glitch, indicating their suitability for Chinese space station’s designated 15-year lifespan.[91]
Starlink[edit]
SpaceX’s Starlink satellite constellation uses Hall-effect thrusters powered by krypton to raise orbit, perform maneuvers, and de-orbit at the end of their use.[92]
GOCE[edit]
ESA’s Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer (GOCE) was launched on 16 March 2009. It used ion propulsion throughout its twenty-month mission to combat the air-drag it experienced in its low orbit (altitude of 255 kilometres) before intentionally deorbiting on 11 November 2013.
In deep space[edit]
Deep Space 1[edit]
NASA developed the NSTAR ion engine for use in interplanetary science missions beginning in the late-1990s. It was space-tested in the highly successful space probe Deep Space 1, launched in 1998. This was the first use of electric propulsion as the interplanetary propulsion system on a science mission.[23] Based on the NASA design criteria, Hughes Research Labs, developed the Xenon Ion Propulsion System (XIPS) for performing station keeping on geosynchronous satellites.[93]Hughes (EDD) manufactured the NSTAR thruster used on the spacecraft.
Hayabusa and Hayabusa2[edit]
The Japanese Aerospace Exploration Agency’s Hayabusa space probe was launched in 2003 and successfully rendezvoused with the asteroid 25143 Itokawa. It was powered by four xenon ion engines, which used microwave electron cyclotron resonance to ionize the propellant and an erosion-resistant carbon/carbon-composite material for its acceleration grid.[94] Although the ion engines on Hayabusa experienced technical difficulties, in-flight reconfiguration allowed one of the four engines to be repaired and allowed the mission to successfully return to Earth.[95]
Hayabusa2, launched in 2014, was based on Hayabusa. It also used ion thrusters.[96]
Smart 1[edit]
The European Space Agency’s satellite SMART-1 launched in 2003 using a Snecma PPS-1350-G Hall thruster to get from GTO to lunar orbit. This satellite completed its mission on 3 September 2006, in a controlled collision on the Moon’s surface, after a trajectory deviation so scientists could see the 3 meter crater the impact created on the visible side of the Moon.
Dawn[edit]
Dawn launched on 27 September 2007, to explore the asteroid Vesta and the dwarf planet Ceres. It used three Deep Space 1 heritage xenon ion thrusters (firing one at a time). Dawn‘s ion drive is capable of accelerating from 0 to 97 km/h (60 mph) in 4 days of continuous firing.[97] The mission ended on 1 November 2018, when the spacecraft ran out of hydrazine chemical propellant for its attitude thrusters.[98]
LISA Pathfinder[edit]
LISA Pathfinder is an ESA spacecraft launched in 2015 to orbit the sun-Earth L1 point. It does not use ion thrusters as its primary propulsion system, but uses both colloid thrusters and FEEP for precise attitude control – the low thrusts of these propulsion devices make it possible to move the spacecraft incremental distances accurately. It is a test for the LISA mission. The mission ended on 30 December 2017.
BepiColombo[edit]
ESA’s BepiColombo mission was launched to Mercury on 20 October 2018.[99] It uses ion thrusters in combination with swing-bys to get to Mercury, where a chemical rocket will complete orbit insertion.
Double Asteroid Redirection Test[edit]
NASA’s Double Asteroid Redirection Test (DART) was launched in 2021 and operated its NEXT-C xenon ion thruster for about 1,000 hours to reach the target asteroid on 28 September 2022.
Proposed missions[edit]
International Space Station[edit]
As of March 2011, a future launch of an Ad Astra VF-200 200 kW VASIMR electromagnetic thruster was under consideration for testing on the International Space Station (ISS).[100][101] However, in 2015, NASA ended plans for flying the VF-200 to the ISS. A NASA spokesperson stated that the ISS «was not an ideal demonstration platform for the desired performance level of the engines». Ad Astra stated that tests of a VASIMR thruster on the ISS would remain an option after a future in-space demonstration.[38]
The VF-200 would have been a flight version of the VX-200.[102][103] Since the available power from the ISS is less than 200 kW, the ISS VASIMR would have included a trickle-charged battery system allowing for 15 minutes pulses of thrust. The ISS orbits at a relatively low altitude and experiences fairly high levels of atmospheric drag, requiring periodic altitude boosts – a high efficiency engine (high specific impulse) for station-keeping would be valuable, theoretically VASIMR reboosting could cut fuel cost from the current US$210 million annually to one-twentieth.[100] VASIMR could in theory use as little as 300 kg of argon gas for ISS station-keeping instead of 7500 kg of chemical fuel – the high exhaust velocity (high specific impulse) would achieve the same acceleration with a smaller amount of propellant, compared to chemical propulsion with its lower exhaust velocity needing more fuel.[104]Hydrogen is generated by the ISS as a by-product and is vented into space.
NASA previously worked on a 50 kW Hall-effect thruster for the ISS, but work was stopped in 2005.[104]
Lunar Gateway[edit]
The Power and Propulsion Element (PPE) is a module on the Lunar Gateway that provides power generation and propulsion capabilities. It is targeting launch on a commercial vehicle in January 2024.[105] It would probably use the 50 kW Advanced Electric Propulsion System (AEPS) under development at NASA Glenn Research Center and Aerojet Rocketdyne.[73]
MARS-CAT[edit]
The MARS-CAT (Mars Array of ionospheric Research Satellites using the CubeSat Ambipolar Thruster) mission is a two 6U CubeSat concept mission to study Mars’ ionosphere. The mission would investigate its plasma and magnetic structure, including transient plasma structures, magnetic field structure, magnetic activity and correlation with solar wind drivers.[65] The CAT thruster is now called the RF thruster and manufactured by Phase Four.[66]
Interstellar missions[edit]
Geoffrey A. Landis proposed using an ion thruster powered by a space-based laser, in conjunction with a lightsail, to propel an interstellar probe.[106][107]
Popular culture[edit]
The idea of an ion engine first appeared in Donald W Horner’s By Aeroplane to the Sun: Being the Adventures of a Daring Aviator and his Friends (1910).[108]
Ion propulsion is the main thrust source of the spaceship Kosmokrator in the Eastern German/Polish science fiction movie Der Schweigende Stern (1960).[109] Minute 28:10.
In the 1968 episode of Star Trek, «Spock’s Brain», Scotty is repeatedly impressed by a civilization’s use of ion power.[110][111]
Ion thrusters repeatedly appear in the Star Wars franchise, most notably in the Twin Ion Engine (TIE) fighter.
Ion thrusters appear as the primary form of propulsion in vacuum for the spacecraft in the game Space Engineers.
Ion thrusters are referenced as a method of space propulsion in The Martian, where they are used to propel the Hermes crewed spacecraft between Earth and Mars. DeCandido, Keith R. A. (7 June 2016). «Star Trek The Original Series Rewatch: «Spock’s Brain»». tor.com.
Bibliography[edit]
Lerner, Eric J. (October 2000). «Plasma Propulsion in Space» (PDF). The Industrial Physicist. 6 (5): 16–19. Archived from the original (PDF) on 16 March 2007. Retrieved 29 June 2007.
Colorado State University Electric Propulsion & Plasma Engineering (CEPPE) Laboratory
Geoffrey A. Landis: Laser-powered Interstellar Probe
Choueiri, Edgar Y. (2009) New dawn of electric rocket The Ion Drive
The revolutionary ion engine that took spacecraft to Ceres
Electric Propulsion Sub-Systems
Stationary plasma thrusters
Articles[edit]
«NASA Trumps Star Trek: Ion Drive Live!» The Daily Galaxy 13 April 2009.
«The Ultimate Space Gadget: NASA’s Ion Drive Live!» The Daily Galaxy, 7 July 2009.
An early experimental ion engine is on display at the Aerospace Discovery at the Florida Air Museum.
Portals:
Energy Astronomy Spaceflight
Самый мощный ионный двигатель прошёл проверку
Огромный электроракетный двигатель с рекордными характеристиками прошёл наземный тест под нагрузкой, превышающей номинал. Новичок совмещает приличную тягу с экономичностью. А это позволяет надеяться на новый виток в развитии космической отрасли.
Ионный двигатель хорошо известен нам из научно-фантастических романов. Принцип его работы заключается в ионизации газа и его разгоне электростатическим полем. Ионы дают гораздо меньшую тягу, чем химическое топливо, так что такой двигатель не сможет придать ракете даже первую космическую скорость. Но если запустить его в космосе, то он может работать буквально годами напролёт, разгоняя корабль до невиданных скоростей.
В некоторых космических миссиях уже применялись такие двигатели, в том числе в японском корабле «Хаябуса» (2005 год, полёт к астероиду Итокава), а также в американском корабле «Доун», который стартовал в сентябре 2007 года к астероидам Веста и Церера.
Но новая модель двигателя под названием VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket) будет в сотни раз мощнее прежних ионных двигателей за счёт использования в процессе разгона ионов аргона не стандартных металлических решёток, а радиочастотного генератора, который не вступает с газом в физический контакт, как решётки.
Ad Astra Rocket Company провела испытания самого мощного на сегодняшний день плазменного ракетного двигателя. VASIMR VX-200 (о котором мы не так давнорассказывали) работал на 201 кВт в вакуумной камере, впервые преодолев отметку в 200 кВт. Тест также подтвердил, что маломасштабный прототип VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket – электромагнитный ускоритель с изменяемым удельным импульсом) способен функционировать на полной мощности. “Это самая мощная плазменная ракета в мире сегодня”, – говорит бывший астронавт и главный исполнительный директор Ad Astra Франклин Ченг-Диаз (Franklin Chang-Diaz).
Компания заключила соглашение с NASA на проведение проверки работоспособности двигателя на Международной космической станции (МКС) в 2013 году. Он будет производить периодические “подталкивания” станции, которая постоянно снижается из-за взаимодействия с атмосферой. В настоящее время такие операции выполняются двигателями малой тяги кораблей, потребляющими около 7,5 тонн ракетного топлива в год. Ченг-Диаз утверждает, что снизив это количество до 0,3 т, VASIMR сэкономит NASA миллионы ежегодно.
Но у Ad Astra есть и более амбициозные планы. Например, миссии на Марс на высокой скорости. 10-МВт или 20-МВт модификация VASIMR сможет доставить людей на красную планету за 39 дней, тогда как у обычных ракет на это уйдёт полгода, если не больше. Чем короче путешествие, тем меньше астронавты будут подвергаться действию космической радиации, являющейся существенным препятствием.
Инновационный двигатель также можно приспособить для большего груза в роботизированных миссиях, хотя скорость полёта снизится. Ченг-Диаз трудился над разработкой концепции VASIMR с 1979 года – задолго до основания бизнеса в 2005 году. Технология подразумевает использование радиоволн для нагревания газов (водорода, аргона, неона), чтобы сформировать высокотемпературную плазму. Магнитные поля выталкивают её из двигателя, благодаря чему создаётся реактивная тяга. Как следствие высокой скорости, которая достигается беспрерывным процессом её наращивания, требуется намного меньше топлива, чем для обычных двигателей. Вдобавок, в конструкции VASIMR нет физического контакта электродов с плазмой, а значит продлевается срок эксплуатации.
Как работает VASIMR в тестовой камере, можно увидеть в этом ролике. Правда, он относится к давнему испытанию, во время которого аппарат потреблял только 179 киловатт. Из них 30 кВт использовались в первой части двигателя для создания плазмы, а 149 — на разогрев и разгон её во второй камере.
Стоит вспомнить американский межпланетный аппарат Dawn, который стартовал осенью 2007-го (к своей первой цели, Весте, он прибудет в 2011 году). Для разгона к поясу астероидов Dawn использует три ионных двигателя, каждый из которых развивает максимальную тягу в 90 миллиньютонов.
“Это идентично весу одного листка из блокнота”, — образно поясняет NASA. В чём, спрашивается, смысл? Дело в том, что “ионники” примерно в 10 раз эффективнее химических ракетных двигателей. В частности, удельный импульс устройств, стоящих на Dawn, составляет 3100 секунд.
Потому 425 килограммов рабочего тела (ксенона) им хватит на 2100 дней работы. Пусть ускорение Dawn невозможно заметить глазу, но общее приращение скорости за всё время миссии составит порядка 10 километров в секунду.
И сам аппарат получился сравнительно лёгким (тонна с четвертью). Потому для его старта с Земли понадобилась ракета меньшего класса (Delta II), а значит — более дешёвая, в сравнении той, что потребовалась бы для подъёма на орбиту гипотетического исследователя астероидов, построенного на основе химических движков.
Удельный импульс установки VX-200 составляет порядка 5000 секунд. Вообще же он может меняться, что и отражено в названии устройства. Больший КПД можно получить при малой тяге, меньший — при максимальной.
Так можно варьировать режим работы маршевого движка в зависимости от целей миссии космического аппарата. Где-то можно позволить себе потратить несколько больше рабочего тела, но сократить время полёта, где-то, напротив, выполнить задание за больший срок, но при минимальном расходе “горючего”, а значит, — минимальном весе аппарата.
Тут надо отметить, что VASIMR претендует на роль некоего промежуточного варианта создания тяги в условиях космоса. Промежуточного между химическими ускорителями (мощными, но прожорливыми) и чрезвычайно миниатюрными электроракетными движками, экономичность которых может быть гораздо выше, чем даже у VX-200, но тяга будет составлять лишь доли грамма.
VASIMR обладает ещё одним преимуществом перед соперниками из стана электроракетных двигателей в целом: в нём плазма ни в одной точке не соприкасается с деталями аппарата, а контактирует только с полями.
Это означает, что устройство от Ad Astra сможет работать по многу месяцев и даже лет без деградации конструкции — то что надо для разгона космических аппаратов на пути в глубины Солнечной системы или коррекции орбиты спутников. У классических ионных ракетных двигателей больной вопрос – эрозия решёток-электродов. У VASIMR же таковых попросту нет.
Ad Astra Rocket строит богатые планы применения VASIMR в ряде проектов. Так, по соглашению с американским космическим агентством в 2013 году лётный вариант VX-200, названный VF-200-1, должен попасть на испытания на МКС. Разрабатываемый ныне аппарат будет базироваться на общем дизайне VX-200, но состоять из двух фактически параллельных движков по 100 киловатт каждый.
(Интересно, что Ad Astra Rocket ведёт переговоры о доставке VF-200-1 на станцию при помощи частного носителя от SpaceX либо Orbital Sciences).
VF-200-1 попробует поднимать орбиту станции, регулярно “проседающую” из-за слабого торможения в остатках атмосферы, имеющихся даже на 400-километровой высоте. VF-200-1 будет включаться на короткое время (несколько минут) эпизодически. А поскольку мощность, забираемая им из сети, очень велика, двигатель должен потреблять энергию, накопленную в специальных аккумуляторах, которые, в свою очередь, во время пауз в работе плазменного ускорителя будут понемногу подзаряжаться от солнечных батарей МКС.
Если тест пройдёт успешно, на такой способ подъёма орбиты, возможно, и переведут станцию. А это обещает солидную экономию. Ведь нынешний вариант подъёма орбиты (при помощи химических движков транспортных кораблей снабжения) означает расход 7,5 тонны горючего в год, в то время как VASIMR потребует на ту же цель 300 килограммов аргона ежегодно. Перспективы же технологии ещё заманчивее.
На основе одного или нескольких VF-200-1, полагает компания, можно построить беспилотный грузовик, который будет переправлять большие грузы с низкой околоземной орбиты на окололунную. Питание эти движки получали бы от солнечных батарей.
VF-200-1 попробует поднимать орбиту станции, регулярно “проседающую” из-за слабого торможения в остатках атмосферы, имеющихся даже на 400-километровой высоте. VF-200-1 будет включаться на короткое время (несколько минут) эпизодически. А поскольку мощность, забираемая им из сети, очень велика, двигатель должен потреблять энергию, накопленную в специальных аккумуляторах, которые, в свою очередь, во время пауз в работе плазменного ускорителя будут понемногу подзаряжаться от солнечных батарей МКС.
Если тест пройдёт успешно, на такой способ подъёма орбиты, возможно, и переведут станцию. А это обещает солидную экономию. Ведь нынешний вариант подъёма орбиты (при помощи химических движков транспортных кораблей снабжения) означает расход 7,5 тонны горючего в год, в то время как VASIMR потребует на ту же цель 300 килограммов аргона ежегодно. Перспективы же технологии ещё заманчивее.
На основе одного или нескольких VF-200-1, полагает компания, можно построить беспилотный грузовик, который будет переправлять большие грузы с низкой околоземной орбиты на окололунную. Питание эти движки получали бы от солнечных батарей.
Для такого аппарата, скорее всего, потребовалась бы бортовая атомная электростанция — солнечные панели нужной мощности вышли бы просто чудовищно большими.
О том, что электроракетные движки для дальних миссий “просят” ядерную подпитку, специалисты говорят давно. Никаких принципиальных и неразрешимых трудностей в постройке подобного генератора сейчас нет.
Ещё не все вопросы относительно тонкостей работы самого VASIMR сняты. Учёным предстоит повысить полный КПД системы и найти лучший способ избавления от лишнего тепла, рассеиваемого таким движком. Но в целом технология вполне уже подходит к этапу, когда исключительно наземные экспериментальные установки должны породить модификации, предназначенные для отправки на орбиту. Чан-Диаз и его коллеги полагают, что коммерческие версии двигателей типа VASIMR могут появиться на рынке в 2014 году.
Усовершенствованные ионные двигатели откроют пределы Солнечной системы
Фраза «задействовать ионный двигатель» все еще напоминает «Звездных войн» , но эти двигатели использовались в космических миссиях более четырех десятилетий и до сих пор остаются предметом продолжающихся исследований. Ионные двигатели имеют невероятную топливную экономичность, но их малая тяга требует очень длительного времени работы… и в этом вся загвоздка. На сегодняшний день эрозия внутри такого двигателя серьезно ограничивает срок его службы. Теперь группа исследователей из Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL) разработала новую конструкцию, которая в значительной степени устраняет эту эрозию, открывая возможности для более высокой тяги и более эффективных двигателей для пилотируемых и беспилотных миссий в пределах Солнечной системы.
Ионные двигатели различных типов использовались в космических миссиях, по крайней мере, с 1964 года, когда НАСА провело суборбитальную миссию по испытанию космической электрической ракеты I. Многие классы космических миссий могут выиграть от использования экономичных ионных двигателей на каком-то этапе своей миссии. Например, несколько спутников связи были выведены на конечную геостационарную орбиту с помощью ионных двигателей. Лунная миссия Европейского космического агентства SMART-1 была выведена на геостационарную орбиту обычными средствами, а затем осуществлен переход на лунную орбиту с помощью ионного двигателя.
Однако полеты в дальний космос — это то, где ионные двигатели могут проявить себя по-настоящему. Три миссии, NASA Deep Space One и Dawn и Hayabusa Японского агентства аэрокосмических исследований, частично или полностью получили свои пост-орбитальные двигатели от ионных двигателей. Их ионные двигатели работали в течение нескольких лет лишь с редкими приступами паники, обеспечивая при этом тягу в несколько сотых ньютона (возможно, 0,4 унции).
Как работает ионный двигатель?
Разновидностей много и предложений больше (на ум приходит двигатель ВАСМИР), но принцип работы достаточно прост. Существует два основных типа ионных двигателей: электростатические и электромагнитные. Электростатический ионный двигатель работает за счет ионизации топлива (часто газообразного ксенона или аргона), сбивая электрон с образованием положительного иона. Затем положительные ионы диффундируют в область между двумя заряженными сетками, которые содержат электростатическое поле. Это ускоряет положительные ионы из двигателя и от космического корабля, тем самым создавая тягу. Наконец, нейтрализатор распыляет электроны в выхлопной шлейф со скоростью, которая поддерживает электрическую нейтральность космического корабля.
Электромагнитный ионный двигатель также работает за счет ионизации топлива. В этом случае создается плазма, которая переносит ток между ионизирующим анодом и катодом. Ток, в свою очередь, создает магнитное поле под прямым углом к электрическому полю и, таким образом, ускоряет положительные ионы из двигателя с помощью силы Лоренца — в основном тот же эффект, на котором основаны рельсотроны. Опять же, нейтрализатор удерживает космический корабль электрически нейтральным.
Питание серьезного космического корабля
Все это требует большого количества электроэнергии – около 25 кВт на ньютон (3,6 унции) тяги. Итак, какие уровни тяги необходимы, чтобы толкнуть, скажем, 100-тонный космический корабль через Солнечную систему? (Простите меня — я люблю мечтать!) Это, конечно, зависит от миссии, но тяга в 1000 Н доставит этот космический корабль на орбиту вокруг Юпитера примерно за 10 месяцев, а на орбиту Нептуна чуть менее чем за 1,5 года. Очевидно, что с технологической точки зрения это далеко не так, но давайте посмотрим, что необходимо. Во-первых, источник электроэнергии, обеспечивающий около 25 МВт (мегаватт электроэнергии) более или менее постоянно. Ясно, что мы говорим о ядерной энергетике — много ядерной энергии от реакторной системы, которая помещается в 100-тонном космическом корабле. К счастью, в настоящее время прилагаются значительные усилия для разработки компактных ядерных реакторов для производства электроэнергии здесь, на Земле.
Кроме того, НАСА и Министерство энергетики сотрудничают в проекте Fission Surface Power Project, целью которого является создание крошечных ядерных энергетических реакторов для баз на Луне и Марсе. Целью проекта является создание реактора, который будет обеспечивать мощность 40 кВт в течение 10 лет, складывается в пространство 3 x 3 x 7 метров (10 x 10 x 23 фута) и весит 11 000 фунтов (5 000 кг). Это довольно далеко от того, что необходимо для ионного двигателя мощностью 1000 Н, но с реакторами на расплавленных солях и эффективным преобразованием тепла в электричество это кажется в пределах возможного. Кроме того, я сказал, что сплю.
Препятствие для проектирования
Если бы все вышеперечисленное было удовлетворительно проработано, могли бы мы построить ионный двигатель с тягой 1000 Н? Есть некоторые незначительные технические проблемы с эффективной ионизацией топлива и охлаждением двигателей, но самым большим препятствием, о котором мы в настоящее время знаем, является то, что большой ионный ток, проходящий через двигатель, вызовет достаточную эрозию, чтобы разрушить двигатель. Это не проблема материалов — это проблема дизайна. Это блокпост, недавно снесенный (по крайней мере, частично) исследователями НАСА в Лаборатории реактивного движения в Пасадене, Калифорния.
Схема ионного двигателя на эффекте Холла (Изображение: Википедия)
На схеме поперечного сечения выше видно, что топливная плазма заполняет анод и газораспределитель. При малой тяге небольшая плотность плазмы ускоряется за счет эффекта Лоренца скрещенных магнитного и электрического полей. Однако при большой тяге плотность плазмы становится достаточно большой, чтобы искажать поля, в результате чего положительные ионы ускоряются непосредственно в стенках анода.
Когда эти энергии ионов достаточно велики, они будут разрушать материал со стенок в процессе, называемом распылением. Что еще хуже, в поисках лучших ионных двигателей желательна как большая тяга, так и большая скорость выхлопа (для чего требуется меньше топлива). Изменения, сделанные для достижения обеих этих целей, значительно увеличивают скорость эрозии.
Эта проблема усложняется тем, что электродинамика полей и плазмы сильно нелинейна, что затрудняет прогнозирование влияния изменения конструкции двигателя на эрозию двигателя.
Очевидным подходом было магнитное экранирование стен от энергичных ионов. Команда НАСА добилась этого, экранируя стенки из нитрида бора, чтобы магнитное поле от внутренней и внешней магнитной катушки проходило вокруг конца анодного кольца. При правильном выполнении магнитное поле больше не проникало сквозь стены. В результате силовые линии магнитного поля не проходят через стенки под углами, близкими к перпендикулярным, а почти параллельны стенкам. Это приводит к ускорению положительных ионов от стенок, и в результате стенки фактически являются самой холодной частью внутренних поверхностей двигателя.
Результат экспериментальных испытаний новой магнитозащитной конструкции показал, что скорость эрозии снижена в 500-1000 раз. Эта очень успешная демонстрация имела место в ионном двигателе на эффекте Холла мощностью 6 кВт.
Несмотря на то, что по мере продолжения работы над крупномасштабными ионными двигателями, несомненно, будет еще больше проблем, которые необходимо преодолеть, это новое исследование, похоже, решило ближайшую и наиболее очевидную проблему. Пилотируемые полеты в дальний космос стали на один шаг ближе, и, всю жизнь мечтая о космических путешествиях, я хотел бы дожить до этого.
Источники: Applied Physics Letters, NASA-JPL
Раскрытие потенциала кольцевых ионных двигателей
Концепция кольцевых ионных двигателей (AIE) представляет собой эволюционное развитие технологии ионных двигателей с сеткой и потенциалом для обеспечения революционных возможностей. Он имеет этот потенциал, потому что концепция AIE: (a) позволяет масштабировать технологию ионного двигателя до высокой мощности при значениях удельного импульса (Isp), представляющих интерес для краткосрочных миссий, ≤5000 с; и (b) он позволяет увеличить как плотность тяги, так и отношение тяги к мощности (F/P), по сравнению с обычными ионными двигателями и другими вариантами технологии электродвижения (EP), тем самым обеспечивая высочайшие характеристики в широком диапазоне Isp.
Концепция AIE представляет собой естественное развитие технологии ионного двигателя с сеткой за пределы возможностей, воплощенных в Evolutionary Xenon Thruster (NEXT) НАСА [1]. AIE подходит для: (а) приложений, требующих уровней мощности, превышающих возможности NEXT (14 кВт [2]), с потенциальным масштабированием до 100 кВт; и/или (b) приложений, которые требуют условий F/P, превышающих возможности NEXT.
Концепция AIE состоит из кольцевой разрядной камеры с комплектом кольцевой ионной оптики, потенциально сконфигурированной с установленным в центре катодным узлом нейтрализатора. Эта концепция проиллюстрирована на рис. 1. Разработанный НАСА полномасштабный тестируемый АИЭ второго поколения («GEN2») с выводом пучка показан на рис. 2 [3].
Рис. 1. Концепция АИЭ в разрезе (слева) и спереди (справа).
AIE обладает значительными потенциальными преимуществами по сравнению с обычными ионными двигателями и другими концепциями двигателей EP [4]. Атрибуты и технические описания AIE перечислены в таблице 1 и включают в себя: очень высокую плотность тяги; расширяемость до высокой мощности; улучшенная эффективность и F/P; увеличенный срок службы; и улучшенная компоновка по сравнению с современными (SOA) двигателями EP.
Возможности технологии ионного двигателя SOA и цели по производительности для разработки AIE перечислены в таблице 2. Ионная технология SOA представляет собой производительность высокоточного ионного двигателя NEXT НАСА, который демонстрирует превосходные показатели F/P, и КПД, по сравнению со всеми другими вариантами технологии ЭП выше удельного импульса (Isp) около 2600 секунд [3].
Рис. 2. Полномасштабный АИЭ GEN2 в тесте с внешним диаметром луча 65 см
Менее 2600 секунд, двигатели на эффекте Холла [HET], воплощенные в коммерческой HET (BPT-4000) [5], и HET мощностью 12,5 кВт (ракета на эффекте Холла с магнитным экранированием или HERMeS), разрабатываемая совместно НАСА и Лаборатория реактивного движения для проекта Демонстрационной миссии технологии солнечной электрической тяги (SEP TDM) [6] имеют превосходные характеристики по сравнению со всеми другими вариантами технологии EP, включая обычные ионные двигатели (примечание: потенциальные потери тяги из-за требований к углу наклона для более крупных HET). расходимость пучка не учитывается). На рис. 3 количественно показано отношение F/P SOA HET [5, 6] и SOA Ion [3] в зависимости от Isp. Эти две технологии представляют собой варианты двигателей EP с наивысшей производительностью в арсенале США.
AIE с улучшенной тягой и электрическим КПД, связанным с плоскими электродами и увеличенной плотностью тяги, потенциально может увеличить ионную эффективность SOA и F/P во всем рабочем диапазоне Isp. Это снизит точку перехода производительности между Ion и HET ниже 2600 секунд, тем самым обеспечив превосходную производительность во всем диапазоне Isp [3].
Проблема с электрическими двигателями и передовыми концепциями заключается в том, что темпы их внедрения настолько медленны, что это, как правило, душит инновации
Рисунок 3 также включает прогнозируемые характеристики для AIE: краткосрочная («минимальная») кривая характеристик, предполагающая снижение потерь тяги за счет внедрения плоской ионной оптики, но с электрическим КПД разряда, сравнимым с двигателем NEXT; и оптимизированная («максимальная») кривая производительности, которая предполагает как снижение потерь тяги, так и превосходный электрический КПД разряда по сравнению с подруливающим устройством NEXT. Как указано, краткосрочная кривая снижает точку пересечения Isp примерно до 1800 секунд, а оптимизированная кривая обеспечивает превосходную эффективность во всем диапазоне Isp. На рис. 4 повторно представлены данные и прогнозы с рис. 3, показывающие зависимость эффективности двигателя от удельного импульса.
Что касается Таблицы 2, концепция AIE также позволяет изготавливать ионную оптику большой площади с высокой первеансностью, что, в свою очередь, увеличивает мощность, допустимую для каждого двигателя, делая это при конкретных интересующих уровнях импульса (≤5000 с, тип. .). Конструкции AIE, способные обрабатывать сотни кВт, должны быть осуществимы [7].
Кроме того, АИЭ должен обеспечивать работу при значительно более высоких плотностях тяги, чем у ионных двигателей СОА; до 8 Н/м 2 или выше. Это связано с тем, что кольцевая разрядная камера увеличивает эффективную площадь поверхности анода для сбора электронов по сравнению с обычным ионным двигателем цилиндрической формы с эквивалентной площадью пучка. Это должно обеспечить работу при более высоких токах разряда и, следовательно, при больших токах пучка, что приведет к увеличению плотности тяги и, при правильной реализации, позволит работать ионной оптике на пределе Чайлда-Ленгмюра или вблизи него [8].
Приложения
AIE представляет собой естественное развитие ионной технологии с сеткой, выходящей за рамки той, что воплощена в ионной двигательной установке NEXT (IPS), и ее развитие до более высокого уровня технологической готовности (TRL) может использовать значительные ресурсы, сделанные на сегодняшний день в разработка NEXT. Требуются очень скромные ресурсы для продвижения концепции AIE TRL, в то же время предоставляя несколько вариантов продуктов, поддерживающих приложения NASA, National Security Space (NSS) и Commercial Space (CS).
Значительное количество компонентов двигателя одинаково (идентичны или похожи) как для двигателя NEXT, так и для AIE, включая: проводку; магнитный материал; материалы разрядной камеры; разрядные и нейтрализующие катоды; изоляция топлива высокого напряжения и изоляторы высокого напряжения; и т.п.
Кроме того, в зависимости от максимальной входной мощности для AIE, низковольтные силовые модули (нагреватели разрядного катода и катода нейтрализатора и разрядный) и высоковольтные модули питания ускорителя, используемые в NEXT Power Processor Unit (PPU), могут быть использоваться как есть, или топологии для модулей (например, разрядка) могут быть масштабированы по мере необходимости для большей мощности.
Блок питания луча в NEXT PPU, обрабатывающий большую часть входной мощности, был специально разработан для масштабирования за счет добавления модулей, необходимых для обработки максимального тока луча. Это было бы подходящим подходом для разработки PPU AIE.
Сложность PPU AIE определяется предполагаемым приложением. В приложениях, требующих либо высокого F/P, либо большой мощности, можно предусмотреть уменьшенный диапазон входного напряжения в PPU (уменьшенный по сравнению с требованием NEXT PPU 80-160 В) и, возможно, два или несколько уставок дроссельной заслонки. (в отличие от 70+ условий NEXT).
Рис. 3. Зависимость тяговооруженности от удельного импульса для SOA HET (BPT-4000 и HERMeS HET), а также SOA ION. Подгонка кривых данных для обеих технологий указывает на пересечение F/P примерно через 2600 секунд. Также нанесены «краткосрочные» и «оптимизированные» AIE-проекции F/P.
Если прогнозы производительности, отраженные на рисунках 3 и 4, могут быть реализованы, вариант AIE может стать лучшим решением по сравнению с существующими системами Ion и HET, которые в настоящее время используются на объектах NSS и CS на околоземной орбите. Бимодальная система, в которой АИЭ работает на высокой мощности, высоком F/P, низком Isp для перехода на орбиту, а затем работает на пониженной мощности, высоком Isp для удержания станции, работая на максимальных уровнях входной мощности в диапазоне 10–20 кВт на цепочку — может быть желательным вариантом с низким технологическим риском.
AIE представляет собой естественное развитие ионной технологии с сеткой по сравнению с той, что воплощена в ионной двигательной установке NEXT.
AIE обладает значительным потенциалом для применения в научных миссиях НАСА через Управление научных миссий (SMD), которое поддерживало и продолжает поддерживать развитие и переход к полету NEXT IPS. В то время как научные миссии могут быть менее чувствительны к приросту F/P, и в краткосрочной перспективе они могут не выиграть от значительного увеличения пропускной способности (более 10-20 кВт на цепочку) — улучшения производительности топлива за счет практического применение углеродно-ионной оптики, которое дает подход AIE, может почти полностью устранить ожидаемый режим первого отказа ионных двигателей, что приведет к увеличению срока службы примерно в 10 раз.
Эта возможность может быть использована несколькими способами — путем выполнения миссий, требующих более длительного срока службы двигателя; за счет уменьшения количества цепочек двигатель-ППУ, необходимых для обработки требуемого топлива; сокращение или устранение применения избыточных строк; и сокращение продолжительности валидационных испытаний.
Рисунок 4. КПД двигателя в зависимости от удельного импульса для SOA HET и SOA ION. Также на графике представлены «краткосрочные» и «оптимизированные» прогнозы эффективности AIE.
AIE также может сыграть важную роль в применении для поддержки человеческой архитектуры через Управление НАСА по исследованию и эксплуатации человека (HEOMD) в качестве потенциального варианта силовой установки для транспортных средств класса Solar Electric Propulsion (SEP) мощностью 150 кВт и 300 кВт. Потенциал AIE по расширению работы ионного двигателя до 100 кВт при определенных значениях импульса — при более высоких уровнях эффективности по сравнению с другими технологическими вариантами — делает его привлекательным вариантом.
Кроме того, механизм ускорения почти без потерь, связанный с ионными двигателями с сеткой, обеспечивает электрический КПД более 90 процентов; важное соображение относительно управления тепловым двигателем и системой при работе с большой мощностью. Кроме того, поскольку отношение мощности к массе транспортных средств SEP продолжает увеличиваться с развитием технологий, оптимальный для миссии удельный импульс будет продолжать расти. Адаптация технологии ионного двигателя к восходящему оптимальному удельному импульсу является неотъемлемым преимуществом этой технологии.
Состояние разработки технологии
Несмотря на ограниченные ресурсы, на сегодняшний день достигнут значительный прогресс в разработке концепции AIE с момента ее создания в 2011 году [9], включая проверку концепции и демонстрацию масштабируемости (см. рис. 5):
В 2011 г. была спроектирована, изготовлена и испытана малогабаритная разрядная камера AIE (внешний диаметр 40 см) в условиях, имитирующих вывод пучка. Высокооднородная (в пределах 10% от среднего) азимутальная и радиальная плазма разряда наблюдалась при всех условиях с использованием конструкции с одним полым катодом.
В 2012 г. был завершен маломасштабный АИЭ первого поколения («GEN1») и успешно испытан с выводом пучка с использованием обычной ионной оптики. Чрезвычайно высокая плоскостность луча была задокументирована при работе до 6,3 кВт; 0,85-0,95, самый высокий из когда-либо продемонстрированных для ионного двигателя [10]. Кроме того, были успешно изготовлены плоские углеродные кольцевые ионно-оптические электроды.
В 2013 г. была успешно проведена маломасштабная АИЭ с плоскими углеродно-ионно-оптическими электродами. Была задокументирована коллимация очень дальнего луча; поправочный коэффициент потери тяги 0,997, самая высокая демонстрация ионного двигателя [11].
В 2014 г. была спроектирована, изготовлена и испытана полномасштабная разрядная камера ИИЭ второго поколения («GEN2») (внешний диаметр 65 см) в условиях, имитирующих вывод пучка. Как и в случае AIE меньшего подмасштаба, высокооднородная (в пределах 10 процентов от среднего) азимутальная и радиальная плазма разряда наблюдалась во всех условиях с использованием конструкции с одним полым катодом. Кроме того, были успешно изготовлены полномасштабные плоские углеродные кольцевые ионно-оптические электроды. Готовые электроды из пиролитического графита имеют все необходимые допуски по размерам без дефектов.
В 2015 году была завершена сборка АИЭ GEN2, включая высокоточную кольцевую ионную оптику. Блок ионной оптики, изготовленный из электродов из пиролитического графита и системы крепления из углеродного волокна, армированного углеродным волокном, представляет собой конструкцию с самой большой площадью и высокой проводимостью, когда-либо созданную. Были проведены предварительные испытания с выводом пучка и выявлено несколько незначительных модификаций конструкции оптики и разрядной камеры.
По состоянию на 2016 год:
Определены усовершенствования конструкции ионной оптики GEN1 AIE. Также была инициирована инженерная задача по завершению проектирования высокоточного AIE GEN1, который был бы функционально совместим с уровнями входной мощности ~4-20 кВт при высоких значениях F/P.
Было завершено несколько модификаций конструкции ионной оптики и разрядной камеры АИЭ GEN2, и АИЭ был подготовлен к испытаниям. Это делается с целью демонстрации работы с высокой мощностью; до 60 кВт.
Дальнейшая работа, включая повторное тестирование оборудования AIE GEN1 и GEN2, основана на обеспечении дополнительных ресурсов.
Перспективный план развития
В обозримом будущем — как и в случае почти всех основных двигателей EP — возможности миссий для AIE, вероятно, будут примерно в 10 раз больше и примерно в 100 раз больше для миссий NSS и CS соответственно по сравнению с миссиями НАСА. на основе исторических показателей миссии. Несмотря на эти возможности, инвестиционные ресурсы космических двигателей в НАСА, по-видимому, ограничены разработкой технологий, которые имеют конкретное и прямое применение для ожидаемого / запланированного набора миссий НАСА. В той степени, в которой эти технологии также имеют приложения, не относящиеся к НАСА, изыскиваются заемные ресурсы.
Таким образом, и если технология не будет принята для дальнейшей разработки клиентами из США, не входящими в НАСА, путь развития НАСА для концепции AIE будет поддерживаться в той степени, в которой он соответствует ожидаемому набору миссий НАСА. Возможен потенциал для «нестандартных» продуктов в рамках этой деятельности по разработке, которые могут иметь характеристики производительности, более непосредственно поддерживающие клиентов, не входящих в НАСА.
Несмотря на ограниченные ресурсы, на сегодняшний день достигнут значительный прогресс в разработке концепции AIE с момента ее создания в 2011 году.
Концепция AIE может произвести революцию в реализации электрических двигателей, предоставив возможность технологии с наивысшими характеристиками, используя при этом подход, основанный на хорошо изученной физике и наследии ионных двигателей. Это «доморощенная» интеллектуальная собственность НАСА, на которую выданы и ожидаются патенты. Эта технология имеет потенциал на уровне мощности ~ 10-20 кВт для научных миссий НАСА (что будет дальше после NEXT?), а также для космических приложений национальной безопасности на околоземной орбите и коммерческих космических приложений. Он также хорошо подходит для исследований и эксплуатации человеком, поскольку его мощность можно масштабировать до 300 кВт и выше.
Концепция AIE использует инвестиции НАСА в ионные технологии в размере около 100 миллионов долларов США за последнее десятилетие. Требуются очень скромные ресурсы для повышения уровня готовности технологии AIE, в то же время предоставляя несколько вариантов продуктов, поддерживающих НАСА, национальную космическую безопасность и коммерческие космические приложения.
Примечание автора
Все концепции, раскрытые в публикации, защищены патентом США № 8,468,794 («Electric Propulsion Apparatus», 25 июня 2013 г.), патентом США № 9.,279,368 («Multi-thruster Propulsion Apparatus», 29 марта 2016 г.) и патенты, поданные как в США, так и в международные патентные заявки. Правопреемник: Правительство Соединенных Штатов.
Майкл Дж. Паттерсон , старший технолог по космическим двигателям в Исследовательском центре Гленна НАСА, работал над миссиями НАСА Deep Space One и Dawn; и программа НАСА «Ионная двигательная установка следующего поколения».
Каталожные номера 1. Паттерсон, М.Дж., Соулас, Г.К., Янг, Дж.А., Крофтон М.В., «Расширенные возможности дросселирования двигателя NEXT», документ AIAA 2013-3891. 2. Паттерсон, М.Дж., «СЛЕДУЮЩЕЕ исследование двигателя с увеличенной производительностью (СЛЕДУЮЩИЙ ШАГ)», Документ AIAA 2006-4664. 3. Паттерсон, М.Дж., Томас, Р.Э., Крофтон, М.В., Янг, Дж.А., Фостер, Дж.Э., «Технология кольцевых двигателей с высокой тягой к мощности», документ AIAA 2015-3719. 4. Паттерсон, М.Дж., «Электрические двигательные установки нового поколения», Документ AIAA 2011-4812. 5. Веландер, Б., Карпентер, К., де Грис, К., Хофер, Р.Р., Рэндольф, Д.Х., Манцелла, Д.Х., «Продление срока службы и рабочего диапазона подруливающего устройства Холла для квалификационной модели BPT-4000», Документ AIAA 2006-5263. 6. Хофер, Р.Д., и др., «Методология проектирования и масштабирование двигателя HERMES Hall мощностью 12,5 кВт для демонстрационной миссии технологии солнечной электрической тяги», JANNAF-2015-3946. 7. Паттерсон, М.Дж., Герман, Д., Шастри, Р., ВанНорд, Дж., Фостер, Дж.Э., «Ионный двигатель с кольцевой геометрией: концепция, состояние разработки и предварительные характеристики», Документ AIAA 2012-3798. 8. Паттерсон, М.Дж., Хааг, Т.В., Фостер, Дж.Э., Янг, Дж.А., Крофтон, М.В., «Состояние разработки электростатических двигателей с высокой плотностью тяги», Документ AIAA 2014-3422. 9. Паттерсон, М.Дж., «Электрические двигательные установки нового поколения», Документ AIAA 2011-5812. 10. Шастри, Р., Паттерсон, М.Дж., Герман, Д.А., Фостер, Дж.Е., «Измерения плотности тока ионного двигателя с кольцевой геометрией», Документ AIAA 2012-4186. 11. Паттерсон, М.Дж., Фостер, Дж.Е., Янг, Дж.А., Крофтон М.В., «Состояние разработки кольцевых двигателей», Документ AIAA 2013-3892.
Ионный двигатель будет питать новую космическую станцию
Это будет первый пилотируемый корабль с научно-фантастическими двигателями.
Эта статья представляет собой выпуск журнала Future Explored, еженедельного справочника по технологиям, меняющим мир. Вы можете получать подобные истории прямо в свой почтовый ящик каждое утро четверга, подписавшись здесь.
Следующая космическая станция будет оснащена ионными двигателями — впервые астронавты совершили полет с использованием научно-фантастических двигателей.
Хотя ионные двигательные установки использовались на спутниках с 1970-х годов, до сих пор никто никогда не использовал их для пилотируемых космических кораблей.
Китай начал строительство новой космической станции, и ее основной модуль оснащен четырьмя ионными двигателями, которые производят тягу, используя электричество вместо традиционного ракетного топлива.
Если технология сможет доказать свою безопасность и надежность в таком большом масштабе, однажды ее можно будет использовать для межпланетных путешествий, сократив время, необходимое астронавтам для достижения Марса, с восьми месяцев до всего лишь 39 месяцев.дней — и открывая двери для миссий в еще более отдаленные места.
Задача: Космический корабль движется за счет создания тяги; Самый простой способ подумать об этом — представить воздушный шар, наполненный воздухом: отпустите сопло, и воздух быстро выйдет из воздушного шара, отправив его в полет в противоположном направлении.
Большинство космических кораблей производят эту тягу за счет сжигания топлива. Это создает газ, который корабль может выбрасывать, толкая его в противоположном направлении. Этот процесс может создавать большую тягу, что идеально подходит для случаев, когда ракета взлетает и ей нужно избежать гравитации Земли.
Проблема в том, что топливо тяжелое, и чем дольше миссия, тем больше топлива требуется. Это делает корабль тяжелее, а это означает, что для его запуска в космос требуется больше топлива, а стоимость всего этого топлива делает миссии более дорогими.
Ионный двигатель более экономичен по топливу, но производит гораздо меньшую тягу, чем химический двигатель.
Как это работает: Ионные двигательные установки производят тягу, отрывая электроны от атомов, а затем используя электричество, чтобы отправить эти атомы — которые теперь являются положительно заряженными ионами — вылетающими из задней части космического корабля на невероятно высоких скоростях.
Электроэнергия для ионного двигателя может вырабатываться солнечными панелями на космическом корабле. Между тем, атомы извлекаются из инертных газов, таких как ксенон, которые намного легче, чем традиционные жидкое или твердое ракетное топливо.
«Вы можете думать, что электрический двигатель имеет в 10 раз больше миль на галлон по сравнению с химическим двигателем», — сказал Space.com в 2017 году Алек Галлимор, руководивший разработкой рекордного ионного двигателя X3. Ионный двигатель более экономичен по топливу, он также производит гораздо меньшую тягу.
Система Галимора получила признание благодаря тяге в 5,4 ньютона — больше, чем у любого другого ионного двигателя. Представьте, сколько сил нужно, чтобы удержать баскетбольный мяч рукой, и вы поймете, как мало тяги вам дадут 5,4 ньютона.
Ионный двигатель: Величина тяги, создаваемая ионными двигателями, никогда не сможет отправить ракету в полет через атмосферу, не говоря уже о том, чтобы вырваться из-под земного притяжения, но в космосе, при отсутствии сопротивления воздуха и малой гравитации, этого достаточно, чтобы толкнуть космический корабль в любом направлении, в котором он должен идти.
По этой причине ионные двигатели регулярно используются для управления спутниками вместо более дорогих химических двигателей. Они также используются для длительных миссий в дальний космос, потому что, опять же, они дешевле, и если дать достаточно времени для разгона, они могут разогнать космический корабль до скорости, в пять раз превышающей скорость химических систем, которые должны экономить свое топливо или заканчиваться. .
Ионный двигатель однажды позволит астронавтам добраться до Марса за 39 дней.
Впервые в мире: Ионные двигательные установки не используются для полетов с экипажем, потому что частицы, покидающие их, очень горячие. Это может привести к повреждению двигателя, что может поставить под угрозу жизнь астронавтов.
Но Китайская академия наук сообщила газете South China Morning Post, что китайские ученые разработали ионный двигатель, достаточно безопасный и надежный для полетов с экипажем. Сообщается, что во время испытаний он мог непрерывно работать более 11 месяцев благодаря специальному керамическому материалу и точно расположенному защитному магнитному полю.
В апреле Китай запустил основной модуль своей новой космической станции Тяньгун, который включает в себя четыре небольших ионных двигателя и более крупные химические двигатели. Когда в середине июня на станцию прибудут первые астронавты, «Тяньгун» станет первым космическим кораблем с экипажем, оснащенным ионным двигателем.
Включение ионного двигателя в долгоживущую космическую станцию на околоземной орбите даст исследователям возможность протестировать технологию, пока астронавты все еще находятся рядом с домом. исследователей на Марс и даже в более отдаленные места.
Будем рады услышать от вас! Если у вас есть комментарий к этой статье или у вас есть совет для будущей статьи Freethink, напишите нам по адресу [email protected]
Инженеры Массачусетского технологического института запускают первый в мире самолет без движущихся частей | Новости Массачусетского технологического института
С тех пор, как более 100 лет назад в воздух поднялся первый самолет, практически каждый самолет в небе летал с помощью движущихся частей, таких как пропеллеры, лопасти турбины или вентиляторы , которые производят постоянное жужжание.
Теперь инженеры Массачусетского технологического института построили и запустили первый в мире самолет без движущихся частей. Вместо пропеллеров или турбин легкий летательный аппарат приводится в действие «ионным ветром» — бесшумным, но мощным потоком ионов, который создается на борту самолета и создает достаточную тягу, чтобы продвигать самолет в течение продолжительного и устойчивого полета.
В отличие от самолетов с турбинными двигателями, полеты самолетов не зависят от ископаемого топлива. И в отличие от винтовых дронов, новая конструкция абсолютно бесшумна.
«Это первый в истории устойчивый полет самолета без движущихся частей в двигательной установке», — говорит Стивен Барретт, доцент кафедры аэронавтики и астронавтики Массачусетского технологического института. «Это потенциально открыло новые и неизведанные возможности для самолетов, которые тише, механически проще и не выделяют вредных выбросов».
Он ожидает, что в ближайшем будущем такие ионно-ветровые двигательные установки можно будет использовать для управления менее шумными дронами. Кроме того, он предполагает, что ионная силовая установка будет сочетаться с более традиционными системами сгорания для создания более экономичных гибридных пассажирских самолетов и других крупных самолетов.
Барретт и его команда из Массачусетского технологического института опубликовали сегодня свои результаты в журнале Nature .
Хобби-рукоделие
Барретт говорит, что вдохновение для создания ионного самолета частично почерпнули из фильма и телесериала «Звездный путь», которые он с интересом смотрел в детстве. Его особенно привлекали футуристические шаттлы, которые легко скользили по воздуху, казалось бы, без движущихся частей и почти без шума или выхлопа.
«Это навело меня на мысль, что в долгосрочной перспективе у самолетов не должно быть винтов и турбин, — говорит Барретт. «Они должны быть больше похожи на шаттлы в «Звездном пути 9».0210, », которые светятся голубым и бесшумно скользят».
Около девяти лет назад Барретт начал искать способы разработки силовой установки для самолетов без движущихся частей. В конце концов он наткнулся на «ионный ветер», также известный как электроаэродинамическая тяга — физический принцип, который был впервые выявлен в 1920-х годах и описывает ветер или тягу, которая может возникать при пропускании тока между тонким и толстым электродами. Если приложено достаточное напряжение, воздух между электродами может создать достаточную тягу, чтобы привести в движение небольшой самолет.
В течение многих лет электроаэродинамическая тяга в основном была проектом для любителей, а конструкции по большей части ограничивались небольшими настольными «подъемниками», привязанными к источникам высокого напряжения, которые создают достаточно ветра, чтобы небольшой корабль мог ненадолго зависнуть в воздухе. . В основном предполагалось, что будет невозможно создать достаточное количество ионного ветра, чтобы привести в движение более крупный самолет в течение продолжительного полета.
«Это была бессонная ночь в отеле, когда у меня был синдром смены часовых поясов, и я думал об этом и начал искать способы, как это можно сделать», — вспоминает он. «Я сделал некоторые предварительные расчеты и обнаружил, что да, это может стать жизнеспособной силовой установкой», — говорит Барретт. «И оказалось, что потребовалось много лет работы, чтобы перейти от этого к первому испытательному полету».
Воспроизвести видео
Ионы взлетают
Окончательный проект команды напоминает большой легкий планер. Самолет, который весит около 5 фунтов и имеет 5-метровый размах крыльев, несет множество тонких проводов, которые натянуты как горизонтальное ограждение вдоль и под передним концом крыла самолета. Провода действуют как положительно заряженные электроды, а аналогично расположенные более толстые провода, идущие вдоль задней части крыла самолета, служат отрицательными электродами.
Фюзеляж самолета содержит стопку литий-полимерных аккумуляторов. В команду Барретта по созданию ионного самолета входили члены Исследовательской группы силовой электроники профессора Дэвида Перро в Исследовательской лаборатории электроники, которые разработали источник питания, который преобразовывал бы выходное напряжение батарей в достаточно высокое напряжение для движения самолета. Таким образом, батареи подают электричество напряжением 40 000 вольт для положительного заряда проводов через легкий преобразователь энергии.
Когда на провода подается напряжение, они притягивают и отрывают отрицательно заряженные электроны от окружающих молекул воздуха, подобно гигантскому магниту, притягивающему железные опилки. Молекулы воздуха, оставшиеся позади, вновь ионизируются и, в свою очередь, притягиваются к отрицательно заряженным электродам в задней части самолета.
Когда новообразованное облако ионов течет к отрицательно заряженным проводам, каждый ион миллионы раз сталкивается с другими молекулами воздуха, создавая тягу, которая толкает самолет вперед.
Неискаженные кадры камеры безмоторного планирования 2, с аннотациями положения и энергии от отслеживания камеры. Авторы и права: Steven Barrett
Команда, в которую также входили сотрудники лаборатории Линкольна Томас Себастьян и Марк Вулстон, совершила несколько испытательных полетов на самолете над тренажерным залом в спортивном центре Дюпон Массачусетского технологического института — самом большом помещении, которое они смогли найти для проведения своих экспериментов. Команда пролетела на самолете на расстоянии 60 метров (максимальное расстояние в тренажерном зале) и обнаружила, что самолет производит достаточную ионную тягу, чтобы поддерживать полет все время. Они повторили полет 10 раз с одинаковыми характеристиками.
Неискаженная видеозапись с камеры рейса 9, с аннотациями положения и энергии от отслеживания камеры. Ускорился в 2 раза. Предоставлено: Стивен Барретт
«Это был самый простой из возможных самолетов, который мы могли спроектировать, и который мог подтвердить концепцию, что ионный самолет может летать», — говорит Барретт. «До самолета, который мог бы выполнять полезную миссию, еще далеко. Он должен быть более эффективным, летать дольше и летать на улице».
Новая конструкция является «большим шагом» на пути к демонстрации осуществимости движения ионного ветра, по словам Франка Плоурабу, старшего научного сотрудника Института механики жидкости в Тулузе, Франция, который отмечает, что ранее исследователи не могли летать на чем-либо. тяжелее нескольких граммов.
«Надежность результатов является прямым доказательством того, что устойчивый полет дрона с ионным ветром является устойчивым», — говорит Плурабуэ, не участвовавший в исследовании. «[Помимо приложений для дронов] трудно сделать вывод, насколько сильно это может повлиять на движение самолетов в будущем. Тем не менее, на самом деле это не слабость, а скорее открытие для будущего прогресса в области, которая сейчас вот-вот взорвется».
Команда Барретта работает над повышением эффективности своей конструкции, чтобы производить больше ионного ветра при меньшем напряжении. Исследователи также надеются увеличить плотность тяги конструкции — количество тяги, генерируемой на единицу площади. В настоящее время для полета на легком самолете команды требуется большая площадь электродов, которые, по сути, составляют двигательную установку самолета. В идеале Барретт хотел бы спроектировать самолет без видимой двигательной установки или отдельных поверхностей управления, таких как рули направления и рули высоты.
«Понадобилось много времени, чтобы добраться сюда, — говорит Барретт. «Переход от основного принципа к чему-то, что действительно летает, был долгим путем описания физики, затем разработки дизайна и запуска его в работу. Теперь возможности для такой двигательной установки вполне жизнеспособны».
Это исследование было поддержано, в частности, линией автономных систем лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института, исследовательским грантом профессора Амара Дж. Бозе и Альянсом исследований и технологий Сингапура и Массачусетского технологического института (SMART). Работа также финансировалась через кафедры развития карьеры Чарльза Старка Дрейпера и Леонардо в Массачусетском технологическом институте.
Поделитесь этой новостной статьей:
Упоминания в прессе
Forbes
Профессор Стивен Барретт беседует с журналистом Forbes Джереми Богайски о разработанном им новом самолете, приводимом в движение ионным двигателем, отмечая, что он работает над встраиванием в обшивку самолета системы Prolusion. «Нет оснований думать, что в долгосрочной перспективе конструкции самолетов с электроаэродинамической силовой установкой должны выглядеть как современные самолеты», — объясняет Барретт.
Полная история через Forbes →
Economist
The Economist рассказывает о том, как исследователи Массачусетского технологического института разработали первый самолет, который приводится в действие ионным двигателем и не имеет движущихся частей. «Использование ионного двигателя означает, что корабль Массачусетского технологического института не содержит движущихся частей в виде пропеллеров или реактивных двигателей», — объясняет The Economist . «Он может летать бесшумно и без прямых выбросов от сжигания ископаемого топлива».
Полная история через Economist →
CNN
Репортер CNN Хелен Риган рассказывает о новом твердотельном самолете, разработанном исследователями Массачусетского технологического института, который не имеет движущихся частей и не требует ископаемого топлива. «Этот полет является важной вехой в технологии «ионного ветра», — объясняет Риган, — и может проложить путь к более тихим и экологически чистым самолетам в будущем».
Полная история через CNN →
Associated Press
Вдохновленный «Звездным путем», профессор Стивен Барретт разработал новый бесшумный самолет, который не требует ископаемого топлива для работы и приводится в движение ионными ветряными двигателями, сообщает Малком Риттер для АП. Риттер объясняет, что технология, которая приводит в действие самолет, в конечном итоге может быть использована «в самолетоподобных беспилотниках, которые выполняют такие задачи, как мониторинг и наблюдение за окружающей средой».
Полная статья через Associated Press →
Scientific American
Корреспондент журнала Scientific American Ангус Чен пишет о том, как профессор Стивен Барретт создал первый в мире самолет, который приводится в движение ионными ветряными двигателями и не имеет движущихся частей. «[Барретт] продемонстрировал нечто поистине уникальное, — говорит профессор Митчелл Уокер из Технологического института Джорджии.
Полная история через Scientific American →
Nature
A Nature 9Редакционная статья 0211 подчеркивает исторический прорыв, достигнутый исследователями Массачусетского технологического института, которые разработали первый самолет, который приводится в движение ионным ветром и не имеет движущихся частей. Nature пишет, что самолет является «замечательной машиной», добавляя, что «любой, кто наблюдает за полетом машины, наверняка увидит проблески будущего с более чистыми и бесшумными самолетами».
Полная история через Nature →
Разговор
В статье для Разговор профессор Стивен Барретт подробно описывает, как он был вдохновлен научно-фантастическими фильмами на создание самолета, который не производит шума, не имеет движущихся частей и не не требуют ископаемого топлива для работы. Барретт объясняет, что он надеется, что новая технология «может быть использована в более крупных самолетах для снижения шума и даже позволит внешней обшивке самолета создавать тягу».
Полная история через The Conversation →
Popular Science
В статье для Popular Science Роб Вергер рассказывает, как исследователи Массачусетского технологического института построили и управляли «самолетом совершенно другого типа, который движется по воздуху, используя только электричество и движение». ионов, тип бесшумного привода без движущихся частей из научной фантастики».
Полная история через Popular Science →
The Washington Post
Исследователи Массачусетского технологического института построили новый электрический самолет, который не имеет движущихся частей и приводится в движение «ионным ветром», сообщает Джоэл Ахенбах для Вашингтон Пост . Франк Плурабуэ из Университета Тулузы объясняет, что новый самолет создает «отверстие для будущего прогресса в области, которая сейчас вот-вот взорвется».
Полная история через The Washington Post →
Reuters
Репортер Reuters Уилл Данхэм пишет, что новый самолет без движущихся частей, разработанный исследователями Массачусетского технологического института, представляет собой «радикально новый подход к полетам». Самолет может однажды привести к созданию «сверхэффективных и почти бесшумных самолетов, у которых нет движущихся поверхностей управления, таких как рули или рули высоты, нет подвижной двигательной установки, такой как пропеллеры или турбины, и нет выбросов прямого сгорания, как при сжигании реактивного топлива», объясняет Проф. Стивен Барретт.
Полная история через Reuters →
Ссылки по теме
Полет самолета с твердотельным двигателем
Стивен Барретт
MIT Electric Aircraft Initiative
Power Electronics Research Group 112 MIT Lincoln Research Laboratory of 112 MIT Electronics Research Laboratory of
Другие видео от инициативы MIT Electric Aircraft Initiative
Факультет аэронавтики и астронавтики
Инженерная школа
«Марсианский двигатель» бьет рекорды по ионному движению
Боковой снимок X3, работающего на мощности 50 киловатт.
НАСА
Ионные двигатели являются одними из самых захватывающих двигательных установок для будущих исследований дальнего космоса, и жизнеспособность технологии уже продемонстрирована на десятках космических аппаратов. Двигатели ионизируют источник топлива, обычно ксенон, а затем разгоняют заряженные частицы до десятков тысяч миль в час с помощью электрических и магнитных полей. Пучок ионов, вырывающийся из задней части двигателя, является эффективным способом перемещения спутников в космическом вакууме.
Если бы ученые смогли масштабировать ионные двигатели для ускорения более крупных космических кораблей, они могли бы запускать миссии на Марс и дальше. Вот что такое проект X3.
В вакуумной камере Исследовательского центра Гленна НАСА в Огайо аспирант Мичиганского университета Скотт Холл и научный сотрудник Гленна НАСА Хани Камхави недавно запустили X3, 500-фунтовый двигатель Холла (разновидность ионного двигателя на ксеноне). ), разработанный Мичиганским университетом, НАСА и ВВС. X3 продолжал бить рекорды по рабочему току, мощности и тяге, генерируемой ионным двигателем. UM называет X3 прототипом «марсианского двигателя», одной из трех экспериментальных двигательных установок, финансируемых в рамках Партнерства НАСА «Следующие космические технологии для исследований».
«Марсианские миссии не за горами, и мы уже знаем, что двигатели Холла хорошо работают в космосе», — сказал в пресс-релизе Алек Галлимор, декан инженерного факультета Мичиганского университета, руководивший разработкой X3. «Они могут быть оптимизированы либо для перевозки оборудования с минимальной энергией и топливом в течение года или около того, либо для скорости — чтобы доставить экипаж на Марс гораздо быстрее».
Скотт Холл вносит последние коррективы в двигатель перед началом испытаний в вакуумной камере NASA Glenn.
NASA
В серии испытаний, проведенных в NASA Glenn с июля по август этого года, X3 побил рекорд по тяге, создаваемой ионным двигателем, создав 5,4 ньютона силы, что более чем на 60 процентов больше, чем у предыдущего рекорд 3,3 ньютона. X3 также побил рекорды по рабочему току (250 ампер против 112 ампер) и мощности (102 киловатта против 98 киловатт). Испытательные пожары в вакуумной камере в Гленне являются результатом более чем пятилетней работы над созданием, усовершенствованием и настройкой X3.
Ионные двигатели уже зарекомендовали себя в космосе, в первую очередь на корабле Deep Space 1, который пролетел мимо астероида Брайля и кометы Боррелли в 1999 и 2001 годах соответственно, став первым космическим кораблем, использующим преимущественно ионный двигатель. Космический корабль Dawn использовал ионный двигатель, чтобы стать первым космическим кораблем, который вышел на орбиту двух небесных тел: большого астероида Веста в 2011 году и карликовой планеты Церера в 2015 году, где космический корабль работает до сих пор. Кроме того, более 100 спутников связи используют небольшие ионные двигатели для корректировки своего орбитального положения.
Двигатель Холла использует эффект Холла для ускорения ионов и создания тяги. Эффект представляет собой разность потенциалов на электрическом токе, которая создается, когда магнитное поле размещается перпендикулярно току, что впервые было обнаружено американским физиком Эдвином Холлом в 1879 году. электроны высвобождаются и создают положительно заряженные частицы, эти ионы разгоняются с помощью двигателя Холла до невероятных скоростей. Пучок ионов, выбрасываемый двигателем, мало что может сделать в атмосфере, но в космосе условия, близкие к вакууму, позволяют ионным двигателям создавать значительное ускорение с небольшим количеством топлива по сравнению с химическими ракетными двигателями.
Вакуумная камера в Гленне в настоящее время является единственной в стране с системой вакуумного насоса, которая может работать с X3, который производит слишком много выхлопных газов для других камер. Инженеры Скотт Холл и НАСА Гленн построили буровую установку только для того, чтобы удерживать 500-фунтовый X3 и выдерживать создаваемые им силы.
«Важный момент наступает, когда вы закрываете дверь и откачиваете камеру», — говорит Холл. Поскольку для создания космического вакуума в камере Гленна требуется 20 часов откачки, каждая загвоздка на этом пути превращалась в серьезное испытание. Всякий раз, когда команде нужно было войти и настроить или отремонтировать X3, им приходилось тратить дни, постепенно заполняя камеру воздухом, ремонтируя, а затем снова выкачивая воздух из камеры.
В ходе длительных тестов Холл и Камхави работали по 12 часов в день в течение 25 дней, отведенных для испытаний X3 в вакуумной камере Гленна. Вакуумная камера в собственной лаборатории Галлимора в Мичиганском университете в настоящее время модернизируется, чтобы она могла поддерживать испытания X3, и ожидается, что камера UM будет готова к январю 2018 года. Весной 2018 года они планируют вернуться для 100-часового испытательного запуска X3, в котором будет использоваться система питания, разрабатываемая в настоящее время Aerojet Rocketdyne. Если повезет, испытания в следующем году дадут еще более обнадеживающие результаты, и тогда НАСА сможет начать думать о том, как они собираются установить одну из этих штук на космический корабль, чтобы отправить его на Марс.
Источник: Мичиганский университет.
Джей Беннетт. Заместитель редактора. Он также писал для Smithsonian, Popular Science и Outside Magazine.
Решетчатые ионные двигатели — помимо NERVA
Решетчатые ионные двигатели NSTAR, изображение любезно предоставлено НАСА
Это самый известный из электрических двигателей любого типа, и его часто сокращают до «ионный двигатель». Здесь двигатель состоит из четырех основных частей: подачи топлива, ионизационной камеры, массива проводящих сеток и излучателя нейтрализующего луча. Топливным топливом может быть все, что может быть легко ионизировано, причем первыми вариантами являются цезий и ртуть, однако они в значительной степени были заменены ксеноном и аргоном.
Схема ионного привода с сеткой, изображение предоставлено НАСА
Тип ионизационной камеры широко варьируется и является основным отличием различных типов ионного привода. Пучки частиц, радиочастотное или микроволновое возбуждение, в дополнение к возбуждению магнитным полем, — все это методы, используемые в различных ионных двигателях с сеткой на протяжении многих лет и у разных производителей. В первых конструкциях использовалось газовое перемешивание для отрыва электронов, но многие более мощные системы используют пучки частиц (в основном электронных), радиочастотное или микроволновое возбуждение или циклотронный резонанс для отрыва электронов от атомов. Эффективность ионизационной камеры и ее емкость определяют, насколько возможен массовый расход топлива, что является одним из основных ограничивающих факторов для общей тяги, возможной для двигателя.
Схема 3-сетчатого ионного двигателя, изображение предоставлено ESA
. После ионизации газ и плазма затем разделяются с использованием отрицательно заряженной сетки для извлечения положительно заряженных ионов, оставляя нейтральный газ в ионизационной камере для ионизации. В большинстве современных конструкций это также начало процесса ускорения. Часто используются две или три сетки, а вместо «сетки» часто употребляется термин «ионная оптика». Это связано с тем, что эти структуры не только извлекают и изменяют ускорение плазмы, но также формируют пучок плазмы. Количество заряда и геометрия этих решеток определяют скорость истечения ионов; и желаемый удельный импульс, создаваемый двигателем, в значительной степени определяется зарядом, подаваемым на эти экраны. Во многих конструкциях США используется более сильно заряженный внутренний экран, чтобы обеспечить лучшее разделение ионов, а разность потенциалов заряда между этой сеткой и второй ускоряет ионы. Из-за этого первую сетку часто называют экстракторной, а вторую — ускорительной сеткой. Потенциал заряда, возможный в каждой сети, является еще одним важным ограничителем возможного уровня мощности и, следовательно, максимальной скорости истечения этих двигателей.
Идеализированный рисунок износа сетки. Image Sangregorio et al CSAA 2018
Эти экраны также являются одним из основных ограничителей срока службы двигателя, поскольку ионы будут в определенной степени воздействовать на сетку, когда они проходят мимо (хотя разница в потенциале заряда плазмы в ионизационная камера между апертурами и структура сетки минимизирует это). Во многих ранних ионных двигателях с сеткой, в которых использовались высокореактивные материалы, химическое взаимодействие в сетках могло изменить проводимость этих поверхностей, вызвать более быструю эрозию и вызвать другие проблемы; переход на пропелленты из благородных газов сделал эту проблему менее важной. Наконец, геометрия решеток оказывает огромное влияние на направление и скорость самих ионов, поэтому есть множество вариантов, доступных для манипулирования этой частью двигателя.
В конце рабочего цикла, после того как ионы покидают двигатель, к потоку топлива добавляется распыление электронов, чтобы предотвратить отрицательный заряд космического корабля с течением времени и тем самым притягивать часть топлива обратно к двигателю. космических кораблей из-за того же электростатического эффекта, который использовался для их ускорения в первую очередь. Проблемы с неполной нейтрализацией ионного потока были обычным явлением в первых электростатических двигателях; а с использованием цезиевого и ртутного топлива в этих двигателях химическое загрязнение космического корабля стало проблемой для некоторых миссий. Неполная нейтрализация все еще является проблемой для некоторых конструкций двигателей, хотя эксперименты в 1970-е годы показали, что космический корабль может заземлиться без ионного потока, если дифференциальный заряд станет слишком большим. В системах с тремя сетками (или четырьмя, подробнее об этой концепции позже) окончательная сетка заменяет этот электронный луч и обеспечивает лучшую нейтрализацию плазменного луча, а также большую возможную скорость истечения.
Решетчатые ионные двигатели имеют очень привлекательный удельный импульс в диапазоне 1500-4000 секунд со скоростью истечения примерно до 100 км/с для типовых конструкций. Другой стороной медали является их низкая тяга, обычно от 20 до 100 мкН (ниже среднего даже для электродвигателей, хотя их удельный импульс выше среднего), что является ограничением при планировании миссии, но не является важным показателем. -пробка для многих применений. Усовершенствованная концепция двигателя Dual Stage 4 Grid (DS4G), разработанная Австралийским национальным университетом и Европейским космическим агентством, позволила достичь гораздо более высоких скоростей истечения за счет использования ступенчатого ионного двигателя с сеткой, до 210 км / с.
Прошлые и современные ионные двигатели с сеткой
Ионный двигатель с сеткой SERT 1, любезно предоставлено НАСА
Эти приводные системы использовались в ряде различных миссий на протяжении многих лет, начиная с миссий SERT, упомянутых в разделе истории электрических двигателей, продолжается на экспериментальной основе до демонстрационной миссии технологии Deep Space 1 — первого космического корабля, использующего ионный двигатель в качестве основного двигателя. Тот же самый двигатель, NSTAR, до сих пор используется в миссии Dawn, изучающей малую планету Церера. Компания Hughes Aircraft разработала ряд двигателей для удержания на месте для своей геосинхронной спутниковой шины (двигатель XIPS). 9Зонд 0005 Hayabusa, изображение предоставлено JAXA
JAXA использовала этот тип системы привода для своей миссии Hayabusa к поясу астероидов, но этот двигатель использовал микроволны для ионизации топлива. Этот двигатель успешно работал на протяжении всей миссии и привел в движение первый космический корабль, вернувший образец с астероида обратно на Землю.
ЕКА также использовало различные варианты этого двигателя на нескольких разных спутниках, все из которых были типами радиочастотной ионизации. ArianeSpace RIT-10 использовался в нескольких миссиях, а двигатель Qinetiq T5 успешно использовался в миссии GOCE по картированию магнитного поля Земли.
НАСА определенно не отказалось от дальнейшего развития этой технологии. Двигатель NEXT в три раза мощнее по тяге по сравнению с двигателем NSTAR, хотя он работает по схожим принципам. Режим испытаний этого двигателя был завершен, продемонстрировав 4150 с импульса впрыска и 236 мН тяги в течение испытательного срока более 48 000 часов, и в настоящее время он ожидает полета для продолжения. Это также был испытательный стенд для использования новых конструкций и материалов для многих компонентов системы привода, включая новый полый катод, изготовленный из LaB6 (сплав лантана и бора), и несколько новых материалов экрана.
HiPEP: ядерная ионная двигательная установка НАСА
HiPEP готовится к испытаниям, изображение предоставлено НАСА
Еще один проект НАСА в области ионного двигателя с сеткой, хотя тот, который с тех пор был отменен, гораздо более уместен для конкретного использования ядерной электрической двигательной установки: Электродвигатель высокой мощности (HiPEP) для миссии Jupiter Icy Moons Observer. JIMO была миссией NEP к Юпитеру, которая была отменена в 2005 году и предназначалась для изучения Европы, Ганимеда и Каллисто (эта миссия будет подробно рассмотрена позже в этой серии блогов о NEP). В HiPEP использовались два типа ионизационных камер: Электронно-циклотронно-резонансная ионизация, которая сочетает в себе использование небольшого количества свободных электронов, присутствующих в любом газе, путем их движения по кругу с магнитным удержанием ионизационной камеры с микроволнами, которые настроены на резонанс с эти движущиеся электроны для более эффективной ионизации газообразного ксенона; и ионизация постоянным током с использованием полого катода для отрыва электронов, что создает дополнительные проблемы с выходом из строя катода и поэтому является менее предпочтительным вариантом. Отказ катода такого рода — еще одна серьезная проблема для ионных приводов, поэтому возможность его устранения является значительным преимуществом, но микроволновая система в конечном итоге потребляет больше энергии, поэтому в менее энергоемких приложениях она часто не используется.
Схема HiPEP с нейтрализатором, Фостер и др. 2004
Одной очень необычной особенностью этой системы является ее форма: вместо типичной круглой разрядной камеры и решеток в этой системе используется прямоугольная конфигурация. Разработчики отмечают, что это не только делает систему более компактной для объединения нескольких блоков (уменьшая требования к массе конструкции, топлива и электрической подачи для всей системы), но и означает, что плотность тока в сетях может быть ниже. для того же электростатического потенциала, уменьшая эрозию тока в сетях. Это означает, что сеть может поддерживать запас пропускной способности 100 кг/кВт для обеих исследованных конфигураций ISP (6000 и 8000 с ISP). Наибольшее расстояние между двумя поддерживаемыми секциями сетки также может быть уменьшено, что предотвращает такие проблемы, как термическая деформация, повреждение от вибрации при запуске и электростатическое притяжение между сетками и либо топливом, либо задней частью самой ионизационной камеры. Тот факт, что это делает систему более масштабируемой с точки зрения структурной инженерии, является одним из последних преимуществ этой системы.
По мере увеличения мощности двигателя возрастают и требования к нейтрализации луча. В этом случае требуется до 9 Ампер непрерывной пропускной способности, что очень много по сравнению с большинством систем. Это означает, что нейтрализующий луч должен быть одновременно мощным и надежным. В то время как команда HiPEP обсуждает использование общей системы нейтрализации для плотно упакованных двигателей, базовая конструкция представляет собой довольно типичный полый катод, аналогичный тому, который использовался на двигателе NSTAR, но с прямоугольным поперечным сечением, а не круглым, чтобы приспособиться к различным геометрия двигателя. Также обсуждались другие концепции, такие как использование нейтрализации микроволнового луча; однако из-за успеха и долгого срока службы этого типа системы на NSTAR разработчики посчитали, что это будет самый надежный способ справиться с высокими требованиями к пропускной способности, которые требуются этой системе.
HiPEP, работающий на мощности 34 кВт, Foster et al. 2004
HiPEP последовательно выполнял свои программные рекомендации как по эффективности тяги двигателя, так и по исследованиям эрозии. Испытания системы микроволновой ионизации проводились на частотах 2,45 и 5,85 ГГц и завершились успешно. В испытании на частоте 2,45 ГГц с мощностью 16 кВт был достигнут удельный импульс 4500-5500 секунд, что позволило использовать излучатель большей мощности МВт. Ионизационная камера 5,85 ГГц тестировалась при многократных токовых нагрузках от 9,7 до 390,3 кВт, достиг максимального удельного импульса 9620 с и показал явное увеличение тяги почти до 800 мН во время этого испытания.
К сожалению, с отменой JIMO (программа, к которой мы будем часто возвращаться, продолжая рассматривать NEP), потребность в мощном ионном двигателе с сеткой (и в средствах для его питания) отпала. Подобно судьбе NERVA и почти всех когда-либо созданных атомных космических кораблей, отмена миссии, для которой он предназначался, означала похоронный звон по системе двигателей. Тем не менее, HiPEP остается в книгах как привлекательный, мощный ионный двигатель с сеткой, когда космический корабль NEP станет реальностью.
DS4G: Вдохновленные исследованиями Fusion высокопроизводительные двигатели для путешествий к краю Солнечной системы
Двигатель DS4G, все изображения Bramanti et al. 2006
Ионный привод Dual Stage 4 Grid (DS4G), пожалуй, самый эффективный электрический привод когда-либо предложенная система, предлагающая удельный импульс более 10 000 секунд. Хотя есть некоторые приводные системы с более высоким ISP, они либо являются редкими концепциями (например, ракета на осколках деления, концепция, которую мы рассмотрим в следующем посте), либо имеют трудности в процессе разработки (например, производные Orion, которые идут вразрез с запретами на испытания ядерного оружия и договорными ограничениями, касающимися использования ядерных взрывных устройств в космосе).
Схема DS4G в разрезе с ионизационной камерой вверху
Так как же работает эта конструкция? Традиционные ионные приводы используют либо две сетки (например, привод HiPEP), объединяя этапы вывода и ускорения в этих сетках, а затем используют полый катод или эмиттер электронов для нейтрализации пучка, либо используют три сетки, где вместо третьей используется третья сетка. полый катод. В любом случае, это очень близко расположенные сетки, что имеет свои преимущества, но также и пару недостатков: комбинация системы извлечения и системы ускорения приводит к компромиссу между эффективностью извлечения и возможностью ускорения, а близкое расстояние ограничивает возможное ускорение порохов. DS4G, как следует из названия, работает немного по-другому: есть две пары решеток, каждая пара находится рядом со своим партнером, но дальше от другой пары, что позволяет увеличить длину ускорительной камеры и, следовательно, более высокую скорость выхлопа. , а расстояние между сеткой извлечения и конечной сеткой ускорения позволяет лучше оптимизировать каждую из них для своих индивидуальных целей. Дополнительным преимуществом является то, что плазменный пучок топлива лучше коллимирован, чем у традиционного ионного двигателя, а это означает, что привод может работать более эффективно с массой топлива, еще больше увеличивая удельный импульс.
Концептуальная схема DS4G (вверху) по сравнению с ионным двигателем с тремя сетками (внизу)
Однако эта конструкция возникла не из ниоткуда. Фактически, в большинстве термоядерных реакторов типа токамак используется устройство, очень похожее на ионный двигатель, для ускорения пучков водорода до высоких скоростей, но для того, чтобы пройти через сильные магнитные поля, окружающие реактор, атомы не могут быть ионизированы. Это означает, что очень эффективный нейтрализатор должен быть прикреплен к задней части того, что фактически является ионным двигателем… и все эти конструкции используют четыре экрана, а не три. Доктор Дэвид Ферн знал об этих устройствах и решил попытаться адаптировать их к космическим двигателям с помощью ЕКА, что привело к созданию прототипа испытательного стенда в 2005 году в сотрудничестве с Австралийским национальным университетом. Для блока производства плазмы была разработана система радиочастотной ионизации, а для ионной оптики прототипа двигателя — электрическая система на 35 кВ. Это не было оптимизировано для использования в космосе; скорее, он использовался как недорогой испытательный стенд для тестирования геометрии оптики и общего устранения неполадок концепции. 2, которая была замечена на втором этапе испытаний.
В испытательной камере CORONA ЕКА в 2005 и 2006 годах было проведено два очень успешных испытания, результаты которых можно увидеть в таблицах выше. В первой серии испытаний использовалась конструкция с одной апертурой, которая, хотя и была крайне неэффективной, была достаточно хороша для демонстрации концепции; позже он был модернизирован до конструкции с 37 апертурами. Итоговые результаты испытаний в 2006 г. показали впечатляющие удельный импульс (14000-14500 с), тягу (2,7 мН), электрический, массовый и полный КПД (0,66, 0,96 и 0,63 соответственно). Команда уверена, что общая эффективность этой конструкции может составить около 70% после завершения оптимизации.
Остаются серьезные инженерные проблемы, но нет ничего такого, что невероятно отличалось бы от любого другого мощного ионного двигателя. Действительно, многие сложности, связанные с ионной оптикой и воздействием электростатического поля в плазменной камере, в значительной степени устранены благодаря конструкции с 4 сетками. К сожалению, в настоящее время нет миссий, которые имеют финансирование, требующее этого типа двигателя, поэтому он остается в книгах как «жизнеспособный, но нуждается в некоторой окончательной доработке для применения», когда есть мощная миссия во внешние области Солнечной системы.
Цезиевые контактные двигатели: ионно-решетчатые двигатели на жидкометаллическом топливе
Как мы видели в нашем блоге об истории электрических двигателей, многие из первых ионно-решетчатых двигателей работали на цезии (Cs). Эти системы работали хорошо, и преимущества легко хранимого, легко ионизируемого, нелетучего топлива (по крайней мере, в паровом выражении) были значительными. Однако цезий также является химически активным металлом и к тому же токсичен, поэтому к концу 1970-х годов разработка этого типа двигателя была остановлена. В качестве дополнительной проблемы из-за неэффективной и неполной нейтрализации пучка катодами, доступными в то время, загрязнение космического корабля ионами Cs (а также потеря тяги) были серьезной проблемой для двигателей того времени.
Возможно, наиболее полезной частью двигателя этого типа является система подачи топлива, поскольку она может применяться для многих различных металлов с низкой температурой плавления. Само топливо хранилось в виде жидкости в пористой металлической губке из никеля, прикрепленной к двум резистивным нагревателям из вольфрама. Регулируя размер пор губки (называемой в документации Feltmetal), скорость потока Cs легко, надежно и просто контролируется. Для подачи Cs в испаритель, изготовленный из пористого вольфрама и нагреваемый двумя резистивными нагревателями, использовались фитили из металлических губок с градуированными порами. Затем его подавали в контактный ионизатор, и после ионизации пропеллент ускоряли с помощью двух экранов.
Как мы увидим в разделе о ракетном топливе, после рассмотрения двигателя на эффекте Холла цезий (а также другие металлы, такие как барий) может сыграть свою роль в будущем электрических двигателей, и посмотрев на решения прошлое может помочь развитию идей в будущем.
Российские изобретатели создали первый в мире двигатель для спутников, который работает без топлива. В качестве горючего аппарат будет использовать остатки атмосферы на орбите. Спутники с таким двигателем могли бы функционировать на считающихся низкими орбитах в районе 200 км от Земли. Сейчас этот диапазон практически не освоен, поскольку на высотах ниже 300 км аппаратам требуется слишком много топлива. Использование этих высот позволило бы, например, обеспечить страну высокоскоростной связью с относительно небольшими затратами, пояснили разработчики. Однако на низких орбитах кислород может губительно воздействовать на двигатель, что, вероятно, сократит срок службы летательного аппарата, указали эксперты.
На подножном корме
Двигатели нужны находящимся на орбите космическим аппаратам, чтобы компенсировать торможение, которое возникает из-за наличия остаточной атмосферы Земли. Без устройства, поддерживающего аппараты на заданной высоте, спутники бы снижались и в итоге сгорали в плотных слоях атмосферы. Кроме того, с их помощью можно изменить направление движения, траекторию и скорость спутника. Обычно в качестве таких устройств используют ионные двигатели. Они работают за счет разгона ионов рабочего газа электрическим полем: поток ускоренных заряженных частиц вылетает из двигателя, создавая тягу, — силу, которая «толкает» аппарат.
Сложность в том, что рабочий газ, система его хранения и подачи имеют значительный вес, а также рано или поздно он заканчивается, — тогда и срок службы спутника подходит к концу. Инженеры из российской компании «Экипо» придумали оригинальный метод решения проблемы.
— Такому двигателю не нужно дополнительное топливо, то есть рабочий газ, — рассказал «Известиям» руководитель проекта Вячеслав Темкин. — Ионная ловушка открытого типа обеспечивает работу двигателя за счет использования остатков атмосферы в низком космосе. Она создает электромагнитное поле, которое обеспечивает зажигание плазмы, в которой ионизуются атмосферные газы. Получающиеся при этом ионы могут быть эффективно захвачены электромагнитным полем. Проведенные нами эксперименты показали устойчивое горение плазмы даже в условиях глубокого вакуума.
По заявлению разработчиков, характеристики «воздушного» двигателя даже превосходят параметры, получаемые на обычных устройствах закрытого типа.
Чем ниже, тем лучше
По мнению ведущего инженера-исследователя корпорации «Российские космические системы» Марии Барковой, использование новых двигателей может позволить продлить срок службы низкоорбитальных космический аппаратов.
— При разработке своего сборщика космического мусора у меня также возникла идея использовать атмосферные газы для получения окислителя (кислорода) и горючего (водорода), которые можно найти на высоте до 1 тыс. км, — рассказала специалист. — Однако она не подошла из-за того, что на таких высотах атмосферы уже нет. Но в рамках увеличения срока службы именно низкоорбитальных космических аппаратов идея использовать атмосферные газы в качестве компонентов топлива подает большие надежды.
Низкий космос сейчас мало освоен из-за того, что космические аппараты сложно удержать на орбитах высотой ниже 300 км. Например, чтобы спутник пробыл на орбите высотой около 200 км один год, требуется масса топлива, сравнимая с тяжестью самого спутника. То есть вес аппарата перед запуском практически удваивается, и запуск становится значительно дороже. А когда топливо будет израсходовано, спутник перестанет работать. По этой причине, например, все спутники системы Starlink Илона Маска планируется использовать на высотах существенно больше 300 км.
— С нашим ионным двигателем можно уверенно удерживать спутник на высоте ниже 200 км длительное время без топлива, — заявил Вячеслав Темкин. — На таких высотах существенно возрастают возможности для обеспечения эффективной связи, навигации и дистанционного зондирования Земли по сравнению с большими высотами, допустим, 300–500 км. На данных высотах в отличие от больших отсутствует космический мусор.
Это обстоятельство практически исключает гибель спутника из-за столкновения с каким-либо объектом. Аппарат с таким двигателем можно использовать на орбите до те пор, пока его элементы не перестанут функционировать технически, сообщают «Известия».
По словам руководителя проекта, благодаря разработке Россия может занять лидирующую позицию в низком космосе.
— Мы сможем обеспечить покрытие устойчивой связью территории Крайнего Севера, обеспечить навигацией Севморпуть, развивать интернет, телевидение и другое. В низком космосе будут решены многие актуальные для экономики России и геополитики задачи, — заявил Вячеслав Темкин. — Небольшие габариты и низкая масса спутника позволяют существенно сократить затраты на его запуск.
Однако начальник отдела Научно-исследовательского института прикладной механики и электродинамики МАИ Александр Богатый считает, что преимущества такого двигателя неочевидны.
— Атомарный кислород, присутствующий на этих орбитах, оказывает губительное влияние как на аппарат в целом, так и на двигатель, поэтому долго использовать его не получится, — пояснил эксперт. — К тому же на высотах ниже 200 км энергии от солнечных панелей не хватит на компенсацию сопротивления атмосферы. Также двигательная установка получается довольно большой из-за необходимости захватывать требуемое количество газа.
Сейчас разработчики создали лабораторный макет двигателя. Его проверили в условиях, моделирующих открытый космос, — в вакууме разной степени. По словам авторов проекта, устройство работает стабильно и эффективно и готово к реальным испытаниям. Двигатель уже представили публике на проектно-образовательном интенсиве «Архипелаг».
Двигатель без топлива – Газета Коммерсантъ № 130 (1774) от 24.07.1999
1K
5 мин.
…
 Двигатель без топлива
Работает от Солнца и Земли
В Московском институте электромеханики разработан прототип космического двигателя, работающего от магнитного поля Земли и электрической энергии солнечных батарей и не расходующего ни грамма топлива. Такого двигателя еще не было ни в космосе, ни на земле, ни у нас, ни у американцев. Изобретение может иметь огромное коммерческое значение, поскольку позволит сохранить на орбите спутники, погибающие вместе с исчерпанием топливного ресурса.
Десятки спутников стоимостью каждый в несколько миллионов долларов ежегодно превращаются в неуправляемый бесполезный металлолом просто потому, что у них кончается топливо (точнее, «рабочее тело»). Ведь для нормальной работы спутников связи необходимо время от времени запускать двигатели и проводить маневры, поддерживающие положение на заданной орбите, а на борт можно взять лишь очень небольшой запас топлива. Двигатель, не требующий топлива и использующий энергетическую схему другого типа, был бы здесь спасительным решением.
Именно такого типа двигатель предложен ведущим научным сотрудником НИИ электромеханики Рудольфом Бихманом (НИИ электромеханики — участник программы создания метеорологических спутников серии «Метеор»). Предупреждая естественные вопросы, скажем сразу, что Бихман не одержимый изобретатель-одиночка и не случайный человек в области космической техники. Управление космическими аппаратами является его основной специальностью.
Пусть и не вечный двигатель, но бесплатный
Схема работы двигателя станет понятна каждому, кто способен вспомнить школьный курс физики. Вокруг Земли существует постоянное магнитное поле. В полном соответствии с теорией на изолированный разомкнутый проводник с током в магнитном поле действует сила (сила Ампера, направление которой определяется правилом левой руки). Но изолированных разомкнутых проводников в природе не существует. Существуют только замкнутые проводники (контуры), на половинки которых действуют взаимно уравновешивающие силы. Поэтому считается, что замкнутый проводник в магнитном поле не может создать линейной силы (тяги). Однако ситуация может измениться, если внести в эту схему некоторые важные изменения. Во всяком случае, так считает изобретатель Бихман.
Основная идея изобретения состоит в следующем: чтобы создать нужную тягу, необходимо изолировать одну половинку замкнутого проводника (контура) от магнитного поля. В этом случае на одну часть проводника (не изолированную от магнитного поля Земли) будет действовать сила Ампера, а в изолированной от магнитного поля половине никакой силы не возникнет. Таким образом, одна из двух сил останется неуравновешенной — она-то и создаст тягу. Для создания тяги на спутнике достаточно разместить замкнутый проводник, одна половинка которого будет изолирована от магнитного поля Земли. Пропуская через проводник электрический ток, можно создать такую же силу (тягу), какую создают обычные ракетные двигатели. Только если время работы обычного ракетного двигателя ограничено запасом топлива, то новый электрический двигатель может работать сколь угодно долго, была бы только электроэнергия и внешнее магнитное поле. Запас электроэнергии можно всегда пополнить от солнечных батарей, ну а уж бесплатного магнитного поля Земли на наш век хватит. Тяга у такого двигателя небольшая, но в космосе большего и не требуется. Для изменения орбиты спутника достаточно очень маленькой тяги, лишь бы двигатель мог ее создавать в течение длительного времени — порядка часов и суток.
Прошлый раз тоже говорили — ничего не выйдет
Г-ну Бихману удалось официально зарегистрировать свое изобретение. Факт регистрации означает прохождение предварительной экспертизы, а также гарантирует автору приоритет и подтверждение авторства. От регистрации до выдачи патента проходит немалый срок (несколько месяцев). В это время проходит окончательная экспертиза. После выдачи патента автор получает право коммерческого использования изобретения (продажа прав на использование, получение штрафов за нелегальное использование и т. п.). На сегодня у Рудольфа Бихмана имеется только право на приоритет, а патент, дающий право торговать изобретением, еще не получен, хотя заявка на него уже подана.
Революционная идея нового космического двигателя не вызвала большого энтузиазма у коллег. Напротив, она до сих пор вызывает большие сомнения, ведь в учебниках написано, что замкнутый контур в магнитном поле силу создать не может. А раз «не может», то и двигателя никакого быть не может и, следовательно, говорить не о чем. Кроме того, уж больно простой получается двигатель — моток проволоки, половина которого упрятана в непрозрачную для магнитного поля трубку. И все. Если бы все было так просто, почему бы кому-нибудь другому не изобрести подобное раньше, говорят скептики.
Имеются недоверчивые отзывы коллег и из других организаций. Заместитель директора по науке Института прикладной механики и электродинамики (НИИПМЭ, Москва) Владимир Ким сообщил в ответ на наш запрос, что возможности перемещения аппаратов в космосе путем пропускания токов через проводники неоднократно анализировались, но получить перемещение их центра масс оказалось невозможно.
Недоверие коллег, однако, не смущает г-на Бихмана. «Когда,— говорит он,— я первым сделал систему ориентации для спутников ‘Метеор’ с использованием замкнутых контуров с током, то все специалисты тоже говорили — ничего не выйдет. А сейчас это серийные двигатели, и они летают в космосе уже тридцать лет».
Эта штука работала, и даже при свидетелях
Для убеждения неверующих Рудольф Бихман соорудил демонстрационную установку. Эксперимент получился убедительным. Действующую модель двигателя экспериментаторы подвесили на проволоке как маятник и замеряли амплитуду колебаний. Если амплитуда увеличивается, значит, двигатель создал тягу вдоль вектора скорости. Если же амплитуда колебаний уменьшается, значит, двигатель создает тягу против скорости. Эксперимент показал наличие тяги, которая к тому же изменялась при изменении направления тока. О чем и был составлен протокол.
В этом опыте двигатель с потребляемой мощностью 90 Вт и массой 10 кг создавал силу около 5 г. Для сравнения: существующие отечественные электроракетные двигатели с тягой 15 г имеют массу 40 кг, потребляют мощность 450 Вт и, главное, расходуют невосполнимый запас рабочего тела в темпе 70 мг в секунду. Время непрерывной работы такого традиционного двигателя — всего несколько месяцев.
Мы связались с коллегами Бихмана по институту, присутствовавшими при опыте,— старшим научным сотрудником Аллой Куриленко и ведущим научным сотрудником Павлом Олейником. Они подтвердили, что «принимали участие в испытаниях макетного образца двигателя и с удивлением констатировали наличие развиваемой двигателем линейной силы за счет взаимодействия с магнитным полем Земли».
Тем не менее, осторожное отношение начальства к изобретению Рудольфа Бихмана не изменилось, и это можно понять. Одно дело, когда оформляется коллективная заявка на усовершенствование какого-нибудь агрегата,— тут все ясно и риска никакого. Другое дело — «изобретение века», к тому же сделанное индивидуально и в инициативном порядке. Пока работоспособность двигателя не будет подтверждена многократно и одна из российских космических фирм не согласится провести испытания электрического двигателя уже в реальном полете, отношение к изобретению вряд ли изменится.
ИВАН Ъ-ШВАРЦ
Вся лента
Альтернативные силовые установки для транспортных средств
Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) уже почти 200 лет служат человечеству. Однако их широкое использование оборачивается целым рядом экологических и ресурсных проблем. 26% всех выбросов антропогенных парниковых газов вызваны сжиганием ископаемого топлива. При этом более 90% топлива, используемого для автомобилей, судов, локомотивов и самолетов, получено из нефти. При сгорании нефтепродуктов в атмосферу выделяются крайне вредные окись углерода, двуокись углерода, углеводороды, окислы азота и другие компоненты. Загрязнение воздуха выступает причиной каждой девятой смерти в мире и признано одним из крупнейших вызовов в области здравоохранения и окружающей среды. В ряде развитых стран принимаются активные меры по постепенному переводу транспорта с ДВС и расширению использования альтернативных источников топлива. Так, Германия приняла закон о запрете продажи новых автомобилей с ДВС с 2030 г. Страна планирует к 2050 г. сократить автомобильные выхлопы до нуля. Аналогичные инициативы обсуждаются в других странах ЕС, США, Индии. Более активное использование современных альтернативных силовых установок позволит снизить объем вредных выбросов в атмосферу Земли, сократить расходы на содержание транспортных средств и увеличить их КПД. Разработка таких технологий даст возможность странам, испытывающим дефицит традиционного топлива, уменьшить свою энергетическую зависимость. Ниже рассмотрены перспективные технологии новых типов двигателей для автомобилей, работающих на альтернативном топливе: водородные и метанольные топливные элементы для электромобилей, а также двигатели внутреннего сгорания на диметиловом эфире.
Версия для печати:
Альтернативные силовые установки для транспортных средств
ВОДОРОДНЫЕ ТОПЛИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРОМОБИЛЕЙ
Использование водорода в качестве топлива возможно в транпортных средствах как с ДВС, так и с водородными топивными элементами. Однако традиционные поршневые ДВС приспособить к работе на водороде и сложно, и дорого (стоимость эксплуатации и обслуживания такой водородной силовой установки примерно в 100 раз выше, чем у обычного двигателя внутреннего сгорания).
Альтернативные вариантом являются топливные элементы (ТЭ), преобразующие химическую энергию топлива в тепло и постоянный электрический ток, питающий электродвигатель или системы бортового питания транспортного средства. ТЭ представляет собой непрерывно перезаряжаемую батарею из двух покрытых катализатором электродов, между которыми находится электролит. Через один электрод подается водород, через другой — чистый кислород или кислород из воздуха, к которым постоянно добавляются химическое топливо и окислитель. Соединение водорода с кислородом обычно происходит внутри пористой полимерной мембраны. Водородные ТЭ намного более экологичны, эффективны (их КПД составляет 45%, современного автомобильного ДВС — 35%), надежны, способны работать при низких температурах, при этом менее габаритны. Они могут применяться в качестве силовых установок в гибридных автомобилях, а в электромобилях — в качестве суперконденсаторов.
Эффекты
Экологичность: при сгорании водорода в двигателе образуется практически только вода
Распределенное энергоснабжение: водород в виде неиспользованного электричестваможно применять для питания домашней электросети
Возможное сокращение общего объема потребления нефти в секторе автомобильных перевозок на 40% к 2050 г.
Оценки рынка
70 тыс. в год
к 2027 г. составит выпуск новых водородных автомобилей в мире
Драйверы и барьеры
Удобство использования автомобильной техники на ТЭ (не требуют перезарядки, моментально поставляют электроэнергию, выработка энергии ТЭ не зависит от времени суток, погодных условий и др. )
В перспективе открытие более дешевых и эффективных катализаторов для получения водорода позволит значительно снизить стоимость производства водородных ТЭ
Высокие затраты на выработку водорода: от $4 до $12 за килограмм в разных странах (бензин-галлоновая эквивалентная стоимость составляет от $1,60 до $4,80)
Отсутствие автомобильной инфраструктуры
Сложность в эксплуатации: уязвимость к ударным нагрузкам и сотрясениям, взрывоопасность, при низких температурах ТЭ требуют внешнего подогрева из-за замерзающей воды
Отсутствие единых стандартов безопасности, хранения, транспортировки, распределения и применения водородных ТЭ
Международные
научные публикации
Международные
патентные заявки
Уровень развития
технологии в России
«Возможности альянсов» – наличие отдельных конкурентоспособных коллективов, осуществляющих исследования на выосоком уровне и способных «на равных» сотрудничать с мировыми лидерами.
МЕТАНОЛЬНЫЕ ТОПЛИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Метанол — высококачественное моторное топливо для ДВС — хорошо зарекомендовал себя и как энергоноситель в ТЭ, используемых в портативной электронике, транспортных приложениях, а также в электромобилях. В ТЭ метанол расщепляется при взаимодействии с атмосферным кислородом (воздухом), в результате этой реакции возникает электрический ток и образуется вода в качестве побочного продукта.
В настоящее время разрабатываются технологии получения метанола из природного газа (минуя синтез-газ) посредством гидрирования из промышленных выбросов углекислого газа (в долгосрочной перспективе его научатся извлекать прямо из окружающего воздуха). Также ведутся разработки по производству биометанола из биомассы (лигноцеллюлозы), что послужит толчком к массовому распространению метанольных ТЭ.
Эффекты
Сокращение выбросов углекислого газа более чем на 70% при расщеплении биометанола в ТЭ
Электромобили нового типа могут проезжать до 800 км на одном заряде батареи с применением метанольных ТЭ
Оценки рынка
40 млн ед.
к 2020 г. составит объем рынка автотранспортных средств, работающих на метанольных ТЭ (благодаря чему на 104 млн т будут сокращены выбросы углекислого газа по сравнению с объемом выбросов от автомобилей на бензиновом ДВС)
Драйверы и барьеры
Экологичность: метанол менее биологически опасен, чем нефтепродукты
Возможность использования существующей транспортной инфраструктуры для заправки транспортного средства
Простота эксплуатации: в частности, метанол не улетучивается при транспортировке
Возможно создание технологии производства биометанола в промышленных масштабах, что увеличит его использование в ТЭ
Высокая себестоимость производства метанола с помощью существующих технологий
Используемые в качестве катализаторов в ТЭ драгоценные металлы (платиноиды) значительно повышают рыночную стоимость установок и вырабатываемой ими энергии
Международные
научные публикации
Международные
патентные заявки
Уровень развития
технологии в России
«Возможности альянсов» – наличие отдельных конкурентоспособных коллективов, осуществляющих исследования на выосоком уровне и способных «на равных» сотрудничать с мировыми лидерами.
ДВИГАТЕЛИ НА ДИМЕТИЛОВОМ ЭФИРЕ
Серьезным конкурентом традиционным видам ископаемого и синтетического топлива и основной альтернативой дизелю может стать диметиловый эфир (ДМЭ). В сравнении с дизельным топливом эфир лучше горит и более экологичен (не содержит серы, в течение суток полностью разлагается в атмосфере на воду и углекислый газ). Это в целом более чистое топливо, некоррозионноактивное, нетоксичное, не вызывает мутаций, в том числе канцерогенного характера.
Сегодня ДМЭ производится из переработанного угля, природного газа, биомассы, бытовых и промышленных отходов. Также разрабатывается синтетическое биотопливо второго поколения (BioDME), которое может быть изготовлено из лигноцеллюлозной биомассы. Преобразовать дизельный двигатель в ДМЭ-двигатель можно без больших затрат, что будет стимулировать массовое распространение технологии.
Эффекты
Значительное сокращение уровня вредных выбросов с отработавшими газами: оксидов азота в 3-4 раза, углеводородных соединений — в 3 раза, угарного газа — в 5 раз, при практически бездымной работе двигателя во всех режимах
Повышение экономичности ДВС (до 5%) и его КПД по сравнению с работой на дизельном топливе
Оптимизация расходов на производство и транспортировку топлива (сократятся в 10 раз относительно показателей сжиженного природного газа)
Легкое преобразование ДМЭ в бензин, характеризующийся высокой стабильностью и повышенным экологическим качеством, минимальным содержанием нежелательных примесей (отсутствие серы, незначительное содержание бензола (0,1% при норме 1%), непредельных углеводородов (~1%))
Создание дополнительных рабочих мест в добывающей промышленности благодаря развитию производства диметилового эфира из ископаемого сырья (природный газ, уголь)
Оценки рынка
$9,7 млрд
к 2020 г. достигнет объем глобального рынка ДМЭ (среднегодовые темпы роста 16-19% в 2015-2020 гг.)
Драйверы и барьеры
Ужесточение экологических стандартов
Наличие соответствующей инфраструктуры: применение ДМЭ не требует серьезной конструкционной доработки дизельных двигателей и установки специальных фильтров. Использование ДМЭ на автомобилях с ДВС возможно даже при 30%-м его содержании в топливе без трансформации систем питания и зажигания двигателя.
Масштабная сырьевая база: сырьем для производства ДМЭ является природный газ, доказанные запасы которого в России по состоянию на 2015 г. остаются крупнейшими в мире.
Ряд нерешенных проблем с хранением ДМЭ
Сравнительно высокая рыночная цена ДМЭ относительно других видов топлива
При производстве ДМЭ затрачивается существенно больший объем сырьевого газа, чем для других топливных продуктов с эквивалентной теплотворной способностью
При меньшей в 1,5 раза полноте сгорания по сравнению с дизельным топливом увеличивается расход ДМЭ в 1,5–1,6 раза
ДМЭ является наркотическим галлюциногенным веществом
Международные
научные публикации
Международные
патентные заявки
Уровень развития
технологии в России
«Возможности альянсов» – наличие отдельных конкурентоспособных коллективов, осуществляющих исследования на выосоком уровне и способных «на равных» сотрудничать с мировыми лидерами.
Испытан работающий без топлива двигатель — Наука
Алтайский край
Бурятия
Забайкальский край
Иркутская область
Кемеровская область
Красноярский край
Новосибирская область
Омская область
Республика Алтай
Томская область
Хакасия
Республика Тыва
Все города Сибири
Авторизируйтесь, чтобы продолжить
Некоторые функции доступны только зарегистрированным пользователям
Европейское космическое агентство успешно испытало прямоточный ионный двигатель, использующий в качестве рабочего тела воздух, который берется непосредственно из окружающей среды. Об этом сообщается на официальном сайте агентства.
Ионные двигатели работают за счет разгона ионизированных частиц газа с помощью электростатического поля. Подобные двигатели используют лишь на небольших космических аппаратах, так как у них относительно малая тяга.
ЕЩЕ ПО ТЕМЕ:Загадочные организмы из космоса заселили обшивку МКС
Новый двигатель испытан в вакуумной камере. При этом в него порциями подавали смесь кислорода и водорода, имитирующую атмосферный воздух на высоте в 200 километров. Отмечается, что двигатель успешно прошел полный цикл.
В существующих на данный момент ионных двигателях в качестве топлива применяется ксенон. Новые модификации, которым топливо не нужно, смогут находиться на низкой орбите фактически неограниченное время.
Еще по теме
Телескоп «Джеймс Уэбб» заснял древние шаровые скопления звезд
Следы погубившего динозавров астероида нашли на Луне
Очередь на границе России и Грузии сняли из космоса. ФОТО
Космический корабль впервые протаранил астероид
смотреть все
Наука
#Космос
#Ноу-хау
Читайте также
Калибруем GPS: как улучшить навигацию на смартфонах Android
Однокомнатная берлога: как спят медведи
«Запорожец»: как устроен первый доступный автомобиль
В объективе 2020 года: самые невероятные фото живой природы
Новости Сибири
Самое популярное
Путин согласился вести с Украиной переговоры на новых условиях
Очередь на границе России и Грузии сняли из космоса. ФОТО
Плюсы и минусы: зачем России Донбасс, Херсон и Запорожье
Меркель призвала серьезно относиться к словам Путина о ядерной угрозе
Для просмотра комментариев включите JavaScript.
Картина дня
США ввели новые санкции против России
Подписан договор о вхождении новых регионов в состав России
Зеленский отказался от переговоров с Путиным
Ценовой потолок на российскую нефть станет ударом для Запада
О самом главном
Мужской или женский: слова, в которых постоянно путают род
Как правильно ставить свечку за здравие
Расчет отпускных: когда отдыхать невыгодно?
Любовь и месть: как понять кошку
Четыре севших батарейки: что такое профессиональное выгорание
Зачем бросают горсть земли в могилу?
Как это работает
Сыр в мышеловке: чем опасен бесплатный Wi‑Fi
Как йодид калия спасает от радиации. СПРАВКА
Как подготовиться к собеседованию
Молодеющий убийца: как проявляется инсульт
Мультимедиа
Ядерные силы стран мира в сравнении. ИНФОГРАФИКА
«Москвич» и его история. ФОТО
Тело мужчины: где заснули эрогенные зоны
Чем мерили до появления метра. ИНФОГРАФИКА
США предостерегли Россию от применения ядерного оружия
Путин согласился вести с Украиной переговоры на новых условиях
Повреждения на нитках «Северного потока» посчитали беспрецедентными
Россия созовет Совбез ООН из-за взрывов на «Северных потоках»
Зеленский отказал России в праве владеть ядерным оружием
плюсы и минусы двигателей GDI, что это такое
Gasoline Direct Injection, или же более распространенная аббревиатура GDI, скрывает под собой инжекторную систему подачи топлива для бензиновых двигателей с непосредственным (прямым) впрыском топлива. Конструкция устройств у разных производителей идет под разными аббревиатурами. Mitsubishi (а также KIA и Hyndai) дали название GDI, Volkswagen – FSI, Ford – Ecoboost, Toyota – 4D, Mercedes, BMW и некоторые другие скрывают понятие «непосредственный впрыск» в индексе двигателя. При таких системах подачи топливные форсунки вставлены в головку блока цилиндров, и распыление происходит сразу в каждую камеру сгорания, минуя впускной коллектор и впускные клапана. Топливо подается под большим давлением в цилиндр, чему способствует топливный насос высокого давления (ТНВД).
Отличия и особенности работы двигателей GDI прямого впрыска топлива
По факту мы имеем некий симбиоз дизельного и бензинового двигателей в одном. От дизеля GDI унаследовал систему впрыска и ТНВД, от бензина – сам тип топлива и свечи зажигания. Родоначальником моторов GDI стала компания Mitsubishi, когда в 1995 году был представлен Mitsubishi Galant 1.8 GDI. Сегодняшний двигатель с непосредственным впрыском. Это сложная система механизмов и электронных блоков по характеру и звукам в работе, напоминающим дизель.
Двигатель с непосредственным впрыском топлива явился миру гораздо раньше. В 1950-х годах такие моторы использовал Daimler-Benz на своих гоночных машинах, позже в гражданских, а в авиации они присутствовали еще в начале 1940-х годов.
Различия (разновидности) двигателей GDI. Марки автомобилей, где используется GDI
Предпосылки создания и массового перехода большинства ведущих автопроизводителей на системы впрыска, аналогичных GDI, были достаточно предсказуемы. Экологические нормы, требующие усовершенствования систем выхлопа отработанных газов, а также глобальная задача по созданию экономичных двигателей.
В двигателях GDI реализованы несколько типов смесеобразования топливовоздушной смеси. Это позволило выполнить задачи по экономии топлива, более полному сгоранию смеси и дополнительно увеличить мощность. В совокупности такой двигатель получился благодаря доработанной системе прямого впрыска, где немалую роль играет электронная начинка. Блок управления через датчики, раскиданные по системе, оперативно реагирует на малейшие изменения поведения автомобиля и подстраивает работу топливной системы под необходимые требования водителя.
Преимущества (плюсы) двигателей GDI
Особенностью двигателей с непосредственным впрыском является возможность работы в нескольких видах смесеобразования. Это является неоспоримым плюсом, так как многообразие в данном виде процедуры дает максимальную эффективность использования топлива. При исправно работающей системе непосредственного впрыска мы получим экономию топлива за счет режима работы на сверхобедненной смеси, причем без потери мощности.
В двигателях GDI присутствует увеличенная степень сжатия топливовоздушной смеси. Это помогает избежать калильного зажигания и детонации, и таким образом, увеличивается ресурс.
Также к положительным моментам двигателя с непосредственным впрыском GDI нужно отнести существенное снижение выброса в атмосферу углекислого газа и других вредных веществ. Это достигается за счет многослойного смесеобразования, которое обеспечивает более полное сгорание смеси, что дополнительно влияет на мощность двигателя.
Система GDI в результате работы обеспечивает несколько видов смесеобразования:
послойное;
стехиометрическое гомогенное;
гомогенное.
Такое многообразие делает работу двигателя экономичной, обеспечивает лучшее качество образования смеси, ее полное сгорание, увеличение мощности, уменьшение вредных выбросов.
Недостатки (минусы) двигателей GDI
Описание двигателей GDI было бы не полным без упоминания отрицательных моментов ах эксплуатации.
Главный минус связан со сложностями системы впуска и подачи топлива. В таком варианте впрыска, двигатель GDI становится крайне чувствительным к качеству используемого топлива. В итоге проблема закоксовывания форсунок становится актуальной для водителя. Она вызовет потерю мощности и увеличение расхода топлива.
Также в минусы можно отнести сложность обслуживания и стоимость ремонта, замены деталей и агрегатов топливной системы, поэтому важным моментом является контроль за состоянием топливной системы автомобиля.
Дополнительно, двигатели GDI и другие с непосредственным впрыском топлива, выбрасывают большее количество сажевых частиц, чем устройства с впрыском MPI (распределенным, в коллектор), что вынуждает ставить сажевые фильтры в последних поколениях моторов.
Также, двигатели GDI склонны к нагарообразованию во впускном коллекторе и на клапанах при пробеге более 100 тысяч километров, что вынуждает владельцев обращаться в сервис для очистки.
В обслуживании двигатель GDI дороже, но рабочие характеристики перекрывают этот минус. Тем более, есть средства, помогающие повысить ресурс капризных деталей и узлов.
Профилактика неисправностей моторов GDI
Профилактика – простое решение для владельца автомобиля с системой непосредственного впрыска двигателя GDI или аналогичными системами. Как мы уже писали выше, качество топлива будет играть основную роль. Понятно, что без лабораторных исследований судить о качестве этой составляющей невозможно, поэтому в качестве профилактических мер и защиты топливной системы от возникающих проблем могут помочь топливные присадки.
Компания Liqui Moly – один из мировых лидеров в производстве автохимии рекомендует для поддержания необходимого уровня смазывающих и очищающих присадок в используемом топливе применять Langzeit Injection Reiniger, артикул 7568. Постоянное применение присадки значительно снизит риск возникновения поломок связанных с топливом. Пакеты присадок, поднимающие смазывающие свойства топлива, надежно защитят топливную аппаратуру от скорого износа.
Для лечения и профилактики загрязнений форсунок также есть надежное средство, артикул 7554 очиститель систем непосредственного впрыска топлива Direkt Injection Reiniger. Заменяет стендовую очистку форсунок, работает по нагару, смолам. Немаловажный момент, что топливные присадки Liqui Moly начинают работать в системе при повышении температуры, то есть именно там, где чаще всего нужна очистка, а в баке происходит только смешивание с топливом.
Стоит ли покупать автомобили с двигателями GDI
При должном подходе и своевременном обслуживании владелец автомобиля с системой GDI получает комфортный в управлении автомобиль с высокой тягой, мощностью и хорошей экономией топлива. И как показывают продажи таких автомобилей, на дорогах встречаться они будут чаще.
Итог
Двигатели GDI были одними из первопроходцев систем непосредственного впрыска топлива. Обладая очевидными преимуществами, такие моторы требуют специального профилактического ухода. В первую очередь, это уход за форсунками. Наиболее простым способом является использование присадок в топливную систему. Производя профилактический уход за топливной системой автомобилей с двигателями GDI, автовладелец может продлить его ресурс и наслаждаться повышенной мощностью и динамикой.
Автопроизводители не стоят на месте, развитие и усовершенствование двигателей с системами непосредственного впрыска продолжается. Уже представлены автомобили с моторами T-GDI, но это уже другой рассказ.
Шаг 2. Устройство двигателя. Как работает двигатель?
Молодцы ребята! Вы освоили шаг №1, где вы узнали об общем устройстве автомобиля. Теперь мы переходим к шагу №2, а именно к изучению отдельных агрегатов автомобиля.
Мы теперь понимаем, что автомобиль состоит из тысячи мелких деталей. Устройство автомобиля можно даже сравнить со строением человека: двигатель это сердце автомобиля, ходовая часть автомобиля это ноги, трансмиссия это опорно двигательный аппарат, кузов это туловище, система питания это желудок. Так можно сравнивать долго, а мы хотим узнать, как же устроен двигатель автомобиля.
Как человек не может существовать без отдельных своих органов, таких как сердце, печень, почки, так и автомобиль не может без своих агрегатов, механизмов, систем и деталей. Каждый орган выполняет свою функцию, обеспечивая оптимальную работу автомобиля.
Двигатель – это энергосиловая машина, которая преобразует тепловую энергию в механическую работу.
Объясняем:В цилиндр двигателя (из топливного бака, куда заправляем топливо) поступает бензин. Топливо воспламеняется и сгорает в цилиндре, вследствие чего выделяется огромное количество теплоты. Теплота действует на детали двигателя и заставляет их работать.
Какие двигатели бывают?
Двигатели могут устанавливаться не только на автомобили, но и на промышленных предприятиях, для выполнения каких либо работ. Двигатели, которые устанавливаются на автомобили, называются транспортными.
Двигатели, которые используются на промышленном производстве, называются стационарными.
Непрерывная работа двигателя обеспечивается благодаря повторяющимся процессам в цилиндре, которые проходят в определенной последовательности.
Все процессы в двигателе, которые происходят во время его работы, называют рабочим циклом. По способу осуществления рабочего цикла двигатели разделяются на:двухтактные и четырехтактные.
Для сгорания топлива необходимо смешать его с воздухом в определенной пропорции. По способу смесеобразованиядвигатели бывают карбюраторные, дизельные и инжекторные.
Зачем смешивать топливо с воздухом, спросите вы?
А вот, и школьная химия пригодилась. Для нормальной работы двигателя необходимо, чтобы топливо, подающееся в цилиндр, сгорало.
Что такое вечный двигатель?
Вечный двигатель– это устройство, которое работает бесконечно, без топлива и энергии.
Все мечтают изобрести вечный двигатель, но, к сожалению, пока такого изобретения не существует. Создание вечного двигателя противоречит закону физики сохранения энергии.
Давайте вспомним, что нужно для горения? Если вы хорошо учили химию, тогда вы должны помнить, что для реакции горения необходим кислород. Второе, что нам нужно это источник тепла: огонь или искра. Если еще дровишек подкинете, то будет замечательный костер, который мы так любим делать, на пикнике.
В бензиновом двигателе в роли источника тепла выступает свеча зажигания (принудительное воспламенение). В дизельном двигателе процесс воспламенения происходит от сжатия (самовоспламенение).
На каком топливе работает двигатель? В двигателе в качестве «дровишек», в отличие от костра, используется топливо. Карбюраторные и инжекторные двигатели работают на бензине. Дизельные двигатели работают на дизельном топливе. Есть еще двигатели, работающие на газу.
Еще, двигатели классифицируются по числу цилиндров (одно и много — цилиндровые) и их расположению (V-образные, одно рядные), способу наполнения цилиндром свежим зарядом (без наддува, с наддувом) и охлаждению (жидкостное и воздушное).
Устройство простейшего двигателя
Двигатель внутреннего сгорания состоит из механизмов и систем, которые выполняют разные функции, но имеют общую цель – надежная и стабильная работа двигателя.
В цилиндре двигателя находится поршень 8 с поршневыми кольцами 9, соединенный с коленчатым валом 10 при помощи шатуна 2.
Поршень 8 двигается вверх-вниз, вращая коленчатый вал 10, который в свою очередь с помощью приводного ремня передает вращательное движение распределительному валу 6. На распределительном валу есть, кулачок, который при вращении нажимает на рычаг коромысла, в это время вторая часть коромысла открывает или закрывает впускной 4 или выпускной 7 клапаны.
Когда поршень идет вниз открывается впускной клапан, в цилиндре создается разряжение, за счет которого поступает горючая смесь.
Горючая смесь – это смесь воздуха и мелко распыленного топлива (бензина) в определенной пропорции, которая обеспечивает качественное сгорание.
Во время движения поршня вверх, горючая смесь сжимается, в это время свеча зажигания подает искру, сжатая смесь топлива и воздуха в цилиндре воспламеняется и сгорает, выделяется огромное количество газов с высокой температуры и давления и давят на поршень, опуская его вниз. Поршень через шатун вращает коленчатый вал. Таким образом, возвратно-поступательное движение поршня шатуна (вверх-вниз) преобразуется во вращательный момент коленчатого вала.
Может ли нехватка топлива повредить ваш автомобиль?
Нехватка топлива может раздражать и даже смущать, но это также может быть плохо для вашего автомобиля.
И, несмотря на наши лучшие планы, такое случается, поэтому стоит знать, что делать и чего не делать, если вы застряли с пустым баком.
В этом руководстве мы рассмотрим, что происходит под капотом, когда у вас кончается топливо.
Что происходит с автомобилем, когда заканчивается топливо?
Когда бак останется полностью пустым, двигатель начнет всасывать воздух вместе с последними остатками топлива.
Этот воздух может помешать запуску двигателя, так как он сбивает топливно-воздушную смесь, необходимую для сгорания топлива.
По этой причине никогда не стоит оставлять машину полностью сухой, даже если вы знаете, что поблизости есть заправочная станция или у вас есть канистра с запасным топливом в багажнике.
Это подвергает двигатель большой ненужной нагрузке и может привести к тому, что вам будет трудно снова завестись даже после дозаправки автомобиля из-за скопления воздуха в топливном баке и камере сгорания.
Какой ущерб может нанести отсутствие топлива?
Повреждение двигателя не всегда гарантировано, если у вас закончилось топливо.
Фактически, современные двигатели рассчитаны на гораздо большее, чем просто работа всухую.
Однако проблемы начинаются, если вы ездите на старой машине или у вас регулярно заканчивается топливо.
Когда в автомобиле заканчивается топливо, он будет втягивать в себя все, что угодно, включая мусор и частицы, скапливающиеся на дне топливного бака.
Старые автомобили особенно восприимчивы к обломкам, поэтому вы должны выработать привычку никогда не допускать слишком низкого уровня топлива.
Если мусор из топливного бака попадает в топливные магистрали и направляется к двигателю, это может привести к закупорке фильтров, что помешает двигателю работать с максимальной эффективностью или даже не запустится вовсе.
Осадок может быть трудно удалить после того, как он попал в топливный фильтр, поэтому мы всегда рекомендуем добавить порцию Redex, чтобы поддерживать чистоту системы.
Ездить на дизеле? Вам нужно быть более осторожным, чтобы не закончиться топливо
Если у вас есть дизельный автомобиль, вы, вероятно, слышали об опасностях (и возможных расходах), связанных с нехваткой топлива.
Это связано с тем, что мощные топливные форсунки в дизельных двигателях начинают всасывать много воздуха, когда в баке больше нет топлива, и это может иметь катастрофические последствия для различных компонентов системы.
Когда топливная система полностью забивается воздухом, это повреждает форсунки и фильтры и может затруднить повторный запуск двигателя.
В отличие от бензинового двигателя, который проворачивается после пары нажатий педали акселератора после дозаправки, для повторного запуска дизельного двигателя может потребоваться профессионал с подходящими инструментами.
Чтобы дизельный двигатель снова запустился после работы на пустом топливе, часто необходимо удалить воздух из топливной системы.
Это может быть дорогостоящим и трудоемким процессом, который следует доверить профессионалам, так как им потребуется снять фильтры, прочистить и продуть все топливопроводы и, возможно, заменить форсунки и насос.
Если вы водите гибрид, вам все равно нужно подумать о расходе топлива, потому что из-за нехватки топлива и электричества вы действительно застрянете.
И вы можете поддерживать чистоту топливной системы вашего гибрида с помощью очистителя бензиновой системы Redex или очистителя дизельной системы.
Как перезапустить автомобиль после того, как закончилось топливо слишком большая нагрузка на зажигание, стартер и аккумулятор.
Запуск двигателя может занять несколько попыток, потому что топливо не циркулировало по системе, поэтому рекомендуется не включать зажигание снова и снова, так как это только разрядит аккумулятор.
Вот несколько способов запустить двигатель:
Нажмите педаль акселератора, чтобы активировать топливные форсунки быстрее. Это заставит топливо циркулировать через двигатель, чтобы помочь автомобилю завестись.
Включите зажигание, не запуская двигатель. Выполнение этого действия пару раз позволит электрическим топливным форсункам начать циркуляцию топлива без высокого потребления энергии аккумуляторной батареей.
Убедитесь, что автомобиль успел остыть. Выработка топлива может привести к перегреву и выходу из строя топливного насоса, и может пройти некоторое время, прежде чем он вернется к нормальной рабочей температуре, даже после дозаправки.
Вы можете подумать, что шансы остаться без топлива невелики. Но такие вещи случаются, особенно если вы надолго застряли в пробке.
Лучше всего быть готовым, поэтому, если вы собираетесь в дальнее путешествие или в плохую погоду, убедитесь, что вы полностью заправлены.
Мы также советуем вам всегда заправлять топливный бак как минимум на четверть.
Таким образом, двигатель потребляет только чистое топливо, а не грязное вещество на дне бака.
Вам также следует регулярно использовать очиститель бензиновых и дизельных систем Redex, чтобы содержать топливную систему в чистоте и улучшать состояние двигателя вашего автомобиля.
Для получения дополнительной информации и ознакомления с полным ассортиментом инновационных присадок к топливу посетите домашнюю страницу Redex сегодня.
Что происходит, когда в вашем автомобиле заканчивается топливо?
11 окт. Что происходит, когда в машине заканчивается топливо?
Опубликовано в 10:24 в блогах Калеб Шарбоно
Каждый водитель имеет тенденцию точно знать, что означает звук и ручей в его машине. Таким образом, по большей части, когда вы спрашиваете их, почему они не заправляют автомобиль с буквой «Е», водитель, скорее всего, пожимает плечами и говорит, сколько, как они знают, этого им хватит (но иногда мы просчитываем). Нехватка бензина может раздражать, но, что еще хуже, это может привести к серьезному повреждению вашего автомобиля.
Мы, люди, нуждаемся в воде, чтобы жить так же, как вашему автомобилю нужно топливо, чтобы функционировать. Точно так же, как отказ от воды может нанести вред вашему телу, точно так же нехватка топлива может привести к проблемам с автомобилем. Когда в вашем автомобиле полностью закончилось топливо, он начнет подсасывать воздух, что впоследствии вызовет проблемы, когда вам нужно будет снова завести его.
Несмотря на то, что все мы склонны вести себя так, будто знаем свои автомобили как свои пять пальцев, всегда безопаснее следить за тем, чтобы бак вашего автомобиля был заполнен топливом не менее чем на ¼. Кроме того, может быть опасно застрять посреди шоссе без топлива, что еще хуже в глуши.
Что означает Нет топлива?
Когда ваш автомобиль попадает на знак «Е», это всегда предупреждающий знак, что нужно искать ближайшую заправку и заправлять ее. В этот момент большинство людей начинают играть в «рулетку на заправке», чтобы вычислить ближайшую заправочную станцию, до которой они смогут добраться с оставшимся количеством топлива. Большую часть времени ваш автомобиль может иметь ошибку в оценке примерно на 5% от того, какое расстояние вы можете проехать на оставшейся энергии. Всегда безопасно добраться до ближайшей заправки.
После того, как машина врежется в «E», а вы не подъедете близко к заправочной станции, в нескольких милях по дороге ваш автомобиль начнет показывать признаки «топливного голодания». Двигатель начнет глохнуть, затем будут скачки напряжения, двигатель может заглохнуть, затем произойдет потеря мощности.
В этот момент лучше всего безопасно припарковать машину на обочине, чтобы не создавать пробки или еще что похуже. Все вышеперечисленные признаки означают, что у вас закончилось топливо. В этот момент вам, вероятно, следует дойти до заправочной станции, если она находится поблизости, или позвонить своим друзьям / семье, чтобы заправить вас, или обратиться в службу помощи на дороге, чтобы заправить вас.
Лучший сервис для использования, когда в вашем автомобиле заканчивается топливо
Даже при всей точности того, сколько миль ваш автомобиль может проехать на топливе, вы ставите, иногда вы будете неправы и в конечном итоге окажетесь на обочине, стыдясь , раздраженный и сердитый ни на кого в частности.
Если вы находитесь рядом с домом, позвонить семье или другу будет самым доступным способом. Но иногда либо все заняты, либо вы находитесь в дороге и далеко от всех. Вместо того, чтобы заставлять кого-либо преодолевать все эти мили, чтобы доставить вам топливо, вы можете обратиться в службу помощи на дороге Mach2.
В отличие от любых других служб помощи на дороге, услуги Mach2 доступны для всех, поскольку они не требуют членства. Если закончилось топливо и вы застряли, загрузите приложение Mach2 на свое устройство и сделайте заказ, указав свое текущее местоположение и количество галлонов бензина, которое вы хотите доставить.
Mach2 позволяет выбрать тип топлива (дизель/бензин). За поездку максимальное количество топлива, которое вы можете получить, составляет два галлона. Этого количества энергии достаточно, чтобы добраться до следующей заправки или пункта назначения.
Mach2 также позволяет вам платить кредитом, дебетом или в приложении. Вы можете оплатить топливо сразу после его доставки или в приложении во время оформления заказа. У них справедливая цена на топливо и доставку, потому что они рассчитывают ее в соответствии с рыночной ценой в районе, где сломалась ваша машина. У них также есть партнеры по всему миру, и топливо будет доставлено вам быстро из ближайшего города, который предлагает круглосуточное обслуживание.
Что происходит, когда в машине заканчивается топливо?
Первым сигналом, указывающим на то, что в вашем автомобиле заканчивается топливо, является мигающая лампочка рядом с рулевым колесом, показывающая букву «Е». этот знак означает, что вам осталось проехать всего несколько миль, прежде чем ваш автомобиль полностью откажется заводиться.
Когда вы продолжаете движение, а ваш автомобиль испытывает нехватку топлива, гидравлическая мощность тормозов и рулевого управления также снижается, и вам становится труднее управлять автомобилем. Также становится сложнее сломать машину. Поскольку вашему автомобилю для поддержания работы требуется топливо, он будет всасывать воздух и мусор из вашего бака, чтобы все движущиеся части были смазаны и сжигали топливо.
Новый автомобиль может выжить, но если у вас старый автомобиль, мусор из бака попадает в топливопроводы, ведущие к двигателю, могут возникнуть серьезные проблемы. Мусор может вызвать засорение фильтров, из-за чего ваш автомобиль даже не заведется в дальнейшем.
Недостаток топлива становится еще хуже, когда ваш автомобиль работает на дизельном топливе. Если у дизельного автомобиля заканчивается топливо, это означает, что он начнет всасывать воздух, поскольку топлива для всасывания больше нет. Воздух, втягиваемый мощными топливными форсунками вашего дизельного автомобиля, может привести к катастрофическим последствиям.
Когда топливная система заполняется воздухом, это повреждает форсунки, фильтры и чрезвычайно затрудняет запуск автомобиля, когда у вас есть топливо.
Ваш дизельный автомобиль потребует от вас визита к профессионалу, чтобы он снова завелся, что может привести к дополнительным расходам на буксировку и ремонт. Безопаснее пополнить свой бак до того, как он превысит уровень четверти.
После того, как в вашем дизельном автомобиле закончится топливо, механик должен будет удалить воздух из вашей топливной системы, снять фильтры, очистить и продуть все топливопроводы. Ваши форсунки и насос тоже могут нуждаться в замене. Это такой трудоемкий и дорогостоящий процесс, который требует, чтобы профессионал проверил его.
3 Что происходит, когда в вашем автомобиле заканчивается топливо
Когда вашему автомобилю не хватает топлива, есть много вещей, которые могут пойти не так, помимо того, что вы застряли посреди дороги и нуждаетесь в помощи на дороге. За рулем все станет сложнее.
Ваш автомобиль будет глохнуть так, как будто во время вождения у вас вынули ключ из замка зажигания. Это может вызвать у вас панику и неспособность мыслить трезво, что опасно. Поскольку вы заглушили двигатель, гидравлическая жидкость не будет течь к тормозам и педалям, а нажатие на педаль тормоза будет утомительным, как и рулевое управление. Это будет так же сложно, как когда вы пытаетесь сесть за руль, когда ваша машина выключена.
Повреждение топливного бака и топливного насоса
Езда на автомобиле без газа повредит ваш бак из-за корки на дне бака. Топливные баки сделаны из металла, который притягивает и собирает корку, что приводит к коррозии, которая может испортить ваш автомобиль. Эта газовая корка застревает в вашем баке, двигателе и других частях топлива.
Всякий раз, когда у вас кончается бензин и ваш топливный бак пуст, топливный насос закачивает корку в бак, чтобы обеспечить энергию, потому что это единственное, что топливные форсунки могут найти на дне бака, когда нет топлива. Автомобиль, в котором часто заканчивается бензин, в конечном итоге подвергается коррозии топливного насоса, бака и других частей автомобиля, медленно разъедая их.
Топливный насос вашего автомобиля, с другой стороны, зависит от газа, чтобы оставаться хорошо смазанным и избегать перегрева. Когда у вас нет бензина и вы продолжаете движение, ваш топливный насос выйдет из строя. Чтобы избежать повреждения топливного насоса и бака, вам необходимо следить за тем, чтобы топливный бак не был пустым.
Засорение системы впрыска топлива
Система впрыска топлива подает топливо из топливного бака в топливный бак. Впрыск топлива является наиболее важной частью насосной системы автомобиля. Езда с пустым топливным баком вызовет проблемы в этой важной детали автомобиля. Когда топливный насос находит только мусор, который нужно закачать в систему автомобиля, корка также будет выстилать систему впрыска топлива и фильтр, медленно повреждая ее.
Иногда, когда топливная форсунка забита, топливо не попадает в горящий бак после заправки бака. В этом случае необходимо обратиться к специалисту для проверки. В качестве альтернативы вы можете попробовать заправить топливный насос, но в любом случае вам все равно нужно обратиться к механику, чтобы убедиться, что он не слишком сильно поврежден.
Поврежденный электродвигатель
Несмотря на то, что большинство водителей игнорируют этот основной факт, это все же происходит; электродвигатель выходит из строя, когда в автомобиле заканчивается топливо. Как правило, электродвигатель вашего автомобиля использует топливо в качестве охлаждающей жидкости, а когда топлива нет, электродвигатель начинает перегреваться, что приводит к поломке.
Другие факторы также могут привести к повреждению электродвигателя, например:
Недостаточное количество смазки
Избыток влаги
Скачки напряжения
Воздействие пыли
Кроме того, этот перегрев может вывести его за борт, не дав вам времени, необходимого для его замены. Единственная профилактика — всегда следить за тем, чтобы у вас было достаточно топлива.
Какой звук издает ваша машина, когда в ней нет бензина?
Часто можно услышать громкий скулящий звук из топливного бака, когда у вас закончился бензин. Этот звук также может означать, что ваш топливный насос поврежден. Ожидаемый звук, который должен исходить от вашего насоса и бака, представляет собой низкий гул, в тот момент, когда он превращается в громкий скулящий звук, а ваш индикатор газа находится в положении «Е», вам, вероятно, следует припарковать его и заправиться, прежде чем вы испортите части своего автомобиля. автомобиль.
Может ли автомобиль работать без топлива?
Старые модели автомобилей не могут работать без топлива. Но некоторые последние модели могут проехать до 40 миль после того, как вы израсходовали этот бензин в топливном баке, например, Volkswagen Jetta. Если бы ваша машина ехала под гору, она могла бы проехать много миль без бензина. Но, если он находится на ровной дороге, он будет работать только около двух кварталов (если он заранее ехал со скоростью 50 миль в час или более), прежде чем полностью отключится.
Заключение
Ваш автомобиль может серьезно пострадать, когда у вас закончится топливо. Как только вы заметите, что у вас заканчивается бензин, лучший вариант — припарковать автомобиль и позвонить в надежную службу помощи на дороге или дойти до ближайшей заправочной станции, если она близко. В противном случае заставлять нашу машину двигаться, когда у нее явно закончился бензин, будет стоить вам много денег и времени, поскольку ей потребуется многократный ремонт.
Что происходит с вашей машиной, когда у вас заканчивается бензин?
Вы знаете свою машину вдоль и поперек. Как тыльная сторона ладони. Как твоя любимая пара брюк. Эта буква «Е» на указателе уровня топлива? У вас еще есть много миль, прежде чем у вас кончится бензин… или нет? Это все веселье и игры, пока у вас действительно не кончится бензин, что может быть больше, чем раздражение. Закончившийся бензин может повредить вашу машину.
Современные автомобили имеют специальные детали и детали, которые помогают подавать топливо в двигатель. Когда топлива не осталось, эти компоненты могут довольно быстро выйти из строя. Вот что происходит под капотом, когда у вас заканчивается бензин, и что вы можете сделать, чтобы предотвратить это в будущем.
Если закончился бензин
Топливный насос может быть поврежден.
Название топливного насоса также является его работой: он находится в вашем топливном баке и качает бензин в двигатель, поэтому ваша машина движется, когда вы нажимаете на педаль газа. А поскольку ваш топливный насос нуждается в газе, чтобы оставаться холодным и хорошо смазанным, он может перегрузиться и даже перегреться, когда ваш бензобак пуст.
Чтобы ваш топливный насос работал так долго, как предполагал производитель автомобиля, старайтесь никогда не опускать бензобак ниже ¼.
Топливные форсунки могут засориться.
Взвешенные в воздухе частицы и примеси в газе могут создавать осадок, который скапливается на дне бензобака. Ваш топливный фильтр отвечает за фильтрацию всех этих вредных веществ, чтобы они не попали в двигатель. Но когда уровень топлива становится слишком низким, эти примеси могут попасть в топливопроводы и засорить топливные форсунки — крошечные форсунки, которые впрыскивают бензин в двигатель.
Поврежденный топливный насос или топливная форсунка могут проявляться не сразу; однако, если в вашем автомобиле закончился бензин и теперь он не будет работать, проблема, вероятно, связана с одной из этих двух частей.
После заправки бензобака попробуйте повернуть ключ в положение «Вкл.» (включение электроники без запуска двигателя), а затем пару раз обратно в положение «Выкл.», чтобы запустить топливный насос. Прокачка топливного насоса поможет удалить воздух, который мог попасть в топливопроводы в результате выработки бензина.
Если заливка топливного насоса не помогает запустить автомобиль и поддерживать его работу, вы можете инвестировать средства в проверку и очистку топливной системы. Квалифицированный техник может очистить забитые топливные форсунки и восстановить мощность вашего двигателя. Однако, если форсунки остаются подключенными слишком долго, есть шанс, что вам придется их заменить (что является обломом, поскольку большинство современных топливных форсунок рассчитаны на пробег около 100 000 миль).
Итак, теперь, когда вы лучше понимаете, что происходит с вашей машиной, когда у вас кончается бензин, узнайте, что происходит на водительском сиденье. Есть несколько изменений, которые вы заметите сразу.
Ваш автомобиль заглохнет.
Когда у вас полностью заканчивается бензин, ваша машина глохнет, как если бы вы вынули ключ из замка зажигания во время движения. Это отключение представляет серьезный риск по многим причинам. Это может не только заставить вас отвлечься, но и такое внезапное изменение может вызвать психическую панику и опасное вождение. И давайте смотреть правде в глаза, у вас, вероятно, нет плана безопасного выезда с дороги на случай, если ваша машина внезапно заглохнет.
Тормозить и управлять автомобилем станет труднее.
Ваши тормоза не обязательно перестанут работать, когда у вас кончится бензин, но педаль тормоза станет намного тяжелее и ее будет труднее нажимать. Ваши тормоза оснащены усилителем и используют гидравлику для передачи усилия от педали тормоза к тормозным колодкам. Но когда ваш двигатель выключается, эта функция тоже отключается. Без небольшой гидравлической помощи вам потребуется гораздо больше силы ног, чтобы остановить вашу машину.
Нечто подобное происходит с вашим рулем. Он по-прежнему будет работать, если ваш двигатель заглохнет, но ваш усилитель руля не будет работать, поэтому вам, вероятно, придется использовать две руки и много смазки для локтей, чтобы провернуть это колесо. Если вы когда-нибудь пытались повернуть руль на заглушенной машине, то знаете, насколько это сложно.
Что делать, если закончился бензин
Остановитесь.
Когда у вас закончился бензин, первое и самое важное, что нужно помнить, это сохранять спокойствие. Найдите безопасное место для остановки, где нет риска быть сбитым. Если возможно, сверните с шоссе и найдите стоянку или другую открытую площадку, свободную от движения.
Избегайте левой стороны дороги, где вы подвергаетесь воздействию быстро движущегося транспорта на полосе обгона. Вместо этого сверните на метко названную «полосу пробоя» справа. Ищите более широкие плечи и прямые линии.
Включите аварийную сигнализацию.
Ваши аварийные огни созданы для таких ситуаций! Включите аварийные огни, когда ваш автомобиль становится временной опасностью, и вы ждете помощи. Огни помогают предупредить других водителей о вашем присутствии, особенно если вы не можете вывести свой автомобиль из пробки.
Зовите на помощь!
Если вы получаете помощь на дороге через свою страховую компанию или производителя транспортных средств, сейчас самое время воспользоваться их услугами. Если нет, подумайте о том, чтобы позвонить в службу помощи на дорогах Firestone Complete Auto Care по телефону 877-79. 9-8779, или друг или член семьи, чтобы принести вам топливо. Доставка жидкости и услуги буксировки доступны круглосуточно и без выходных через Firestone Roadside Assistance.
Если это безопасно, вы также можете дойти до ближайшей заправки пешком. На большинстве заправочных станций есть запасные канистры с горючим, если у вас их нет в багажнике. Газовый баллон объемом один галлон должен содержать достаточно топлива, чтобы доставить ваш автомобиль на следующую станцию для заправки.
Как избежать нехватки бензина
Самый простой способ избежать нехватки бензина — держать бензин в машине! Но жизнь случается, и иногда вы позволяете своему баку стать слишком низким. Одна из лучших практик — знать свой маршрут. Если вы едете на работу или за город в длительной поездке, убедитесь, что вы знаете, где по дороге находятся заправочные станции. И помните наше практическое правило для экономии топливного насоса: не позволяйте топливному баку заполняться ниже ¼.
Если в вашем автомобиле закончился бензин (особенно более одного раза), зайдите в ближайший сервисный центр Firestone Complete Auto Care для полного осмотра автомобиля. Мы сообщим вам, если возникнут какие-либо повреждения, требующие ремонта.
5 шагов, чтобы перезапустить автомобиль, у которого закончился бензин
Закончился бензин и нужна подача топлива
Недостаток бензина обычно последнее, что люди хотят делать, отправляясь в поездку, но это случается чаще, чем многие думают.
Двигатель современного автомобиля и его топливная система стали довольно сложными, и нехватка бензина может привести к неудобной ситуации, когда машина не заведется.
К счастью, заставить машину двигаться не так уж сложно, и мы объяснили это ниже в разделе «Пятиэтапный процесс перезапуска автомобиля, у которого закончился бензин»
Канистра для топлива
Послушайте, это само собой разумеется, но очевидно вашему автомобилю или грузовику потребуется топливо, чтобы снова начать работать. Хорошая новость: вам не нужно полностью заправлять топливный бак, чтобы завести двигатель. Все, что вам нужно, это пара галлонов, чтобы доставить машину до ближайшей заправочной станции.
По этой причине всегда полезно носить с собой что-то под названием «Канистра» для хранения топлива.
Надеюсь, вам удастся найти дружелюбного человека, который подвезет вас до ближайшей заправочной станции, где вы сможете купить бензин.
Вернитесь к своей машине и заправьте бак безопасным способом. Одна вещь, которую нужно иметь в виду, это убедиться, что вы получаете правильный тип топлива.
Вы должны понимать, что топливная система состоит не из одного шланга, который идет до камеры сгорания двигателя. В нем полно закоулков и закоулков, а также клапанов, поэтому ему нужна помощь, чтобы топливо текло. Чтобы обеспечить наилучшие шансы на успех, убедитесь, что ваш автомобиль стоит ровно. Если вы застряли на подъеме или спуске, сделайте все возможное, чтобы вытолкнуть автомобиль на ровное место.
Затем нажмите педаль газа несколько раз, прежде чем включить двигатель. Это позволит топливу легче заполнить топливную систему.
ПРИМЕЧАНИЕ : Важно набраться терпения и не пытаться запустить двигатель до того, как топливо достигнет необходимого уровня. Мало того, что двигатель не заведется, это может привести к разрядке аккумуляторной батареи, что является гораздо худшей ситуацией. топливо подается с помощью электронасоса. Поверните ключ наполовину, после чего электрические системы, такие как циферблаты и дисплеи, включатся. Крайне важно не поворачивать ключ до упора, так как это может привести к повреждению автомобиля. Подождите пару минут, выключите машину и повторите это несколько раз. После трех или четырех раз топливные насосы перекачивали достаточно топлива, чтобы автомобиль мог без проблем завестись.
На этом шаге мы предполагаем, что топливная система больше не сухая и камера зажигания имеет доступ к топливу, необходимому для запуска двигателя. Поверните ключ до упора, и машина, вероятно, несколько раз всхлипнет, прежде чем завестись.
Важно не продолжать попытки завести машину. Если это не сработает после пары попыток, вернитесь к предыдущим шагам. Обычно этого не требуется, и машина должна легко завестись, но так бывает не всегда.
Проделайте два предыдущих шага еще пару раз и, надеюсь, это снова заведет машину.
Иногда машина просто отказывается заводиться. Это может быть связано с чем-то еще, что не так с автомобилем, что мешает его запуску. Это также может произойти, если воздух попал в топливную систему и не имеет возможности выйти.
Самое главное не расстраиваться и пытаться завести машину, пока не разрядится аккумулятор.
Если вы прилично попробовали, а он так и не запустился, то пора звонить профессионалам. Вот почему крайне важно подписаться на какую-либо помощь на дороге, если производитель автомобиля не предоставляет ее. Держите их контактные телефоны под рукой и немедленно свяжитесь с ними, чтобы не беспокоить себя.
Если вы находитесь в районе Вирджиния-Бич, штат Вирджиния, прошли все этапы и не можете перезапустить свой автомобиль, позвоните нашим специалистам по обслуживанию по телефону 757-9.38-3378 для удобной службы доставки топлива 24/7.
Один из наших квалифицированных специалистов по эвакуации будет там с более чем достаточным количеством бензина, чтобы доставить вас до ближайшей заправочной станции и в пути — и все это за доступную фиксированную плату.
В дополнение к нашим услугам по доставке газа, мы также предлагаем полный набор услуг по оказанию помощи на дороге и буксировке, включая услуги эвакуатора (ссылка), услуги по запуску двигателя, буксировку бортовых платформ и многое другое!
Метки: как завести машину на которой закончился бензин, завести машину на которой закончился бензин
Jono C
Jono Keith является владельцем/оператором службы буксировки Green Light в Вирджиния-Бич, штат Вирджиния. С 1995 года работает водителем эвакуатора в этом районе.
Какие детали больше всего повреждаются, когда в автомобиле заканчивается топливо?
Люди нуждаются в воде для своих тел, и топливо также необходимо для автомобилей, чтобы поддерживать их работу. Исчерпание энергии не только разрушит ваше удовольствие от вождения, но и самым ужасным образом повредит детали автомобиля. По этой причине автовладельцы должны больше знать о что происходит, когда в машине заканчивается бензин и последствия того, что в их машинах заканчивается топливо.
Признаки того, что в автомобиле закончился бензин
Когда в автомобиле закончился бензин , есть несколько симптомов, которые можно диагностировать. Вот список симптомов, чтобы вы знали, что в вашей машине заканчивается бензин.
Первым признаком является указатель уровня топлива. Указатель уровня топлива предназначен для того, чтобы помочь водителю легко проверить уровень топлива. Когда топливный бак выходит за пределы четверти, функция автоматически загорается. В некоторых моделях автомобиль автоматически загорается на панели приборов.
Второй симптом — плеск из вашего автомобиля. Иногда вы можете забыть или не проверить указатель уровня топлива, поэтому вы не знаете, что топливный бак будет пуст. Но когда ваша машина начинает трещать, бензин на исходе. Это пропуск зажигания, который означает, что в некоторые цилиндры не поступает достаточно бензина для сгорания. Он не будет делать это очень долго, прежде чем полностью выключится.
Что происходит, когда в вашем автомобиле заканчивается топливо
Когда вы выясните симптомы того, что в машине закончился бензин, если вы проигнорируете их, произойдет что-то плохое. Посмотрите, что происходит, когда в вашем автомобиле заканчивается бензин.
Многие водители забывают или слишком ленивы заправлять свои автомобили топливом до того, как они опустеют. И хотя бы раз в жизни вы можете подумать, что у закончился бензин, что плохо для вашей машины . Вы можете подумать, что в этом нет ничего серьезного, но доказано, что эта привычка снижает возраст двигателя и разрушает многие части вашего автомобиля. Так что же происходит, когда в автомобиле заканчивается бензин, и какие части автомобиля будут повреждены больше всего?
Топливный бак и топливный насос могут быть повреждены
Необходимо знать емкость бензобака. Если вы попытаетесь ехать почти без бензина, бак определенно будет ужасно поврежден. Но мало кто знал, что газовая корка также будет использоваться для получения энергии, а не оставаться в фильтре. Если в автомобиле регулярно заканчивается топливо, корка прилипает к топливному баку, двигателю и другим частям автомобиля и медленно разъедает их.
Поскольку энергетические баки изготовлены из металла, он притягивает и собирает газовую корку, что приводит к коррозионным явлениям и повреждению автомобиля. Это серьезная проблема и случается со многими старыми автомобилями.
Топливный насос, который находится в вашем топливном баке и качает бензин в двигатель, поэтому ваша машина движется, когда вы нажимаете на педаль газа. Поскольку топливный насос зависит от газа, чтобы оставаться холодным и хорошо смазанным, он может перегружаться даже при перегреве, когда ваш бензобак пуст. Поскольку поврежденный топливный бак и топливный насос — это то, что происходит, когда в автомобиле заканчивается бензин, постарайтесь избежать этого, поддерживая уровень бензина в баке автомобиля.
Впрыск топлива может засориться
Согласно теории, впрыск топлива будет транспортировать топливо из топливного бака в бак горения. По этой причине впрыск топлива является наиболее важной частью насосной системы. Однако езда с пустым топливным баком окажет прямое влияние не только на впрыск, но и на систему фильтров, так как корка внутри топливного бака также будет собираться в процессе впрыска. И поврежденный топливный насос или топливная форсунка могут не сразу проявлять симптомы.
На самом деле газовая корка застрянет внутри фильтра. Позже, даже после перекачки, бензин так и не смог попасть в горящий бак. В такой ситуации водители не заведут свои машины.
После заправки топливного бака попробуйте несколько раз повернуть ключ в положение «Вкл.», а затем обратно в положение «Выкл.», чтобы прокачать топливные насосы. Прокачка топливного насоса поможет удалить воздух, который мог попасть в топливопроводы в результате выработки бензина. Но что, если заливка топливного насоса не помогает завести автомобиль? Это то, что происходит, когда в машине заканчивается бензин и впрыск может засориться. В то время вы должны инвестировать в проверку и очистку топливной системы. Отвезя вашу машину в гараж, ремонтники могут прочистить топливные форсунки и восстановить мощность вашего двигателя. Если вы оставили форсунки в такой ситуации слишком долго, возможно, вам придется заменить их.
Ваш автомобиль заглохнет
Если в вашем автомобиле закончится бензин на 100%, он заглохнет. Выключение двигателя представляет серьезную опасность для вашего автомобиля и вашего сейфа. Это может не только заставить вас отвлечься, но и такое внезапное изменение может вызвать психическую панику и опасное вождение. Поэтому заправка бензобака — это то, что мы рекомендуем вам сделать перед поездкой.
СМ. БОЛЬШЕ:
Советы по очистке всех видов колес
Хитрости для зимнего обслуживания, которые должны знать все водители!
Поврежден электродвигатель
Поврежден электродвигатель — это еще одна вещь, которая случается, когда в автомобиле заканчивается бензин. Водители обычно игнорируют это, но когда в их автомобилях заканчивается топливо, они также повреждают электродвигатель. В нормальных условиях электродвигатель будет использовать топливо в качестве охлаждающей жидкости. Этот метод охладит всю систему, от двигателя до медных проводов.
Однако из-за нехватки бензина двигатель перегревается и выходит из строя.
Тормозить и рулить будет сложнее
Остановка тормоза — это не то, что происходит, когда в машине заканчивается бензин. Но педаль тормоза будет ощущаться намного тяжелее, и ее будет труднее нажимать. Педаль тормоза использует гидравлику для передачи усилия от педали тормоза к тормозным колодкам. Без топлива машина глохнет, а педаль тормоза работает без помощи гидравлики. Поэтому трудно нажимать на педаль тормоза.
Что делать, если закончился бензин
Найдите безопасное место для парковки автомобиля
В общем, что происходит, когда в машине заканчивается бензин, это серьезно. Для вас действительно важно сохранять спокойствие и действовать. Что вам нужно, так это найти безопасное место, где вы можете остановить машину. Это должно быть место, где ничто не может ударить вас, но другие автомобили могут избежать столкновения с вашей машиной. Тем не менее, лучше съехать с шоссе и припарковать машину на стоянке, если это возможно.
Включите аварийную сигнализацию
Ваша аварийная сигнализация предназначена для использования в этом случае. Включите аварийную сигнализацию, когда ваш автомобиль становится временной опасностью, и вы ждете помощи. Свет поможет другим водителям узнать о вашей ситуации, особенно если вы не можете вывести свой автомобиль из потока.
Вызов помощи
Теперь пришло время позвать на помощь. Если у вас есть помощь на дороге через вашу страховую компанию или автомобиль… Пришло время обратиться к ним за помощью. Если вы этого не сделаете, проверьте в Google, где вы можете обратиться за помощью.
Дойти до заправочной станции, если это возможно
Вы можете проверить на карте Google или другом приложении, чтобы увидеть свое место рядом с заправочной станцией. Если это возможно, вы можете пройти туда пешком, на большинстве заправок есть канистры для аварийного топлива, если у вас их нет в грузовике. Это также напоминание о том, что в машине должен быть запасной газовый баллон на случай чрезвычайной ситуации.
Заключение
Итак, теперь вы уже знаете, что происходит, когда в машине заканчивается бензин. Категорически запрещается управлять автомобилем при слишком низком уровне энергии. Когда в ваших машинах заканчивается топливо, водители должны немедленно восполнить его другими способами, кроме вождения. Возможно, вы не захотите платить дополнительную плату за ремонт энергетического фильтра или системы впрыска топлива до графика технического обслуживания автомобиля. Чтобы стать хорошим водителем, вы должны ориентироваться на количество бензина, отображаемое на приборной панели, и доливать до того, как уровень топлива достигнет буквы E.
Неужели все так плохо?
по Джастин Мец на
Мы все были там: ехали по шоссе, когда на приборной панели загоралась сигнальная лампа низкого уровня топлива. У некоторых это сопровождается чувством паники и беспокойства. Другие воспринимают это как вызов испытать судьбу.
Если вы опаздываете или просто невнимательны, у вас может возникнуть нехватка бензина. (Именно тогда вы были бы рады получить экстренную помощь на дороге с вашим полисом автострахования.)
Но эксперты говорят, что делать езду с пустым автомобилем регулярной привычкой — плохая идея — вот почему.
КАК ДОЛГО ВЫ МОЖЕТЕ ЕЗДИТЬ НА ПУСТОМ?
Когда бензобак вашего автомобиля подходит к концу, ваш автомобиль, скорее всего, загорится сигнальной лампой, сообщив вам, что пришло время заправиться. Но сколько миль у вас осталось до того, как закончится топливо, во многом зависит от вашего конкретного автомобиля и стиля вождения.
Большинство производителей автомобилей посылают водителю сигнал о низком уровне топлива, когда бензина хватает только на то, чтобы проехать где-то между 30-60 милями. Чтобы узнать точный диапазон для вашего автомобиля, загляните в руководство по эксплуатации.
Многие современные автомобили также позволяют точно рассчитать, сколько миль вы можете проехать, пока у вас полностью не закончится топливо. Но имейте в виду, что эти оценки пробега — это всего лишь… оценка. Нахождение в пробке, вождение на высокой скорости или подъем на крутой холм могут существенно повлиять на эти цифры.
На пустой ездить плохо?
Как правило, лучше не допускать, чтобы в автомобиле заканчивался бензин. Эксперты по уходу за автомобилем рекомендуют не допускать падения уровня топлива ниже ¼ бака. На это есть несколько причин:
Это может оставить вас в затруднительном положении. Если у вас кончится бензин, двигатель вашей машины остановится, и вы застрянете, где бы и когда бы это ни случилось. Когда это произойдет, вам нужно будет либо позвать на помощь, либо начать идти до ближайшей заправочной станции. Помимо того, что это создает серьезные неудобства для вас и ваших пассажиров, существуют также проблемы с безопасностью при остановке на обочине. Если в вашей машине закончился бензин, постарайтесь отъехать на безопасное расстояние к обочине. И не стойте вне своего автомобиля вблизи встречного движения.
Это может повредить ваш автомобиль. Как будто застрять на обочине недостаточно, езда на пустом месте также может быть вредна для вашего автомобиля. Критически важные компоненты, такие как топливный насос вашего автомобиля, не предназначены для работы без топлива. И хотя маловероятно, что вы причините немедленный ущерб, выработав бензин один или два раза, вы можете сократить срок службы этих деталей, что впоследствии приведет к дорогостоящему ремонту.
Что делает езда на пустом автомобиле с вашим автомобилем?
Всем известно, что если закончится бензин, машина заглохнет. Но езда на пустой машине может привести к еще большему ущербу под землей.
Засорился топливный фильтр: Со временем в бензобаке вашего автомобиля скапливается грязь, осадок и мусор. Обычно это не является большой проблемой, потому что он оседает на дно резервуара. Но когда у вас заканчивается бензин, вероятность того, что этот осадок попадет в ваш топливный насос, увеличивается. Это может засорить топливный фильтр насоса, что замедлит подачу бензина в двигатель.
Поврежден топливный насос: Топливный насос вашего автомобиля должен подавать бензин в двигатель. Насос погружен в бензобак, где по своей конструкции он использует топливо для охлаждения и смазки. Большинство топливных насосов могут работать в течение всего срока службы вашего автомобиля. Но когда вы запускаете машину на пустом месте, насос может перегреться, что может привести к дорогостоящему отказу. Поскольку бензобак часто необходимо сливать и снимать для замены насоса, эта трудоемкая работа может стоить более 1000 долларов на ремонт.
Пропуски зажигания в двигателе: При работе на пустом топливный насос вашего автомобиля может начать подсасывать воздух, что означает, что двигатель не всегда получает необходимое количество бензина. Это часто приводит к перебоям в работе двигателя. Для вас это, вероятно, будет ощущаться, как потеря мощности вашего двигателя, колебания или вибрация. Это плохо для вашего двигателя и потенциально может вызвать более серьезные проблемы в будущем.
Хотите больше советов по уходу за автомобилем? Подробнее читайте в нашем руководстве по поддержанию автомобиля с большим пробегом в рабочем состоянии.
Как ведет себя ваша машина, когда у вас закончился бензин?
Это будет очевидно, когда в вашей машине наконец-то кончится бензин. Вы можете испытывать кратковременные колебания из-за пропусков зажигания в двигателе — это ваш первый предупреждающий знак. Когда это произойдет, постарайтесь съехать с обочины дороги и уйти из движения. Вскоре после этого ваш двигатель выключится, и автомобиль потеряет мощность.
Если ваш автомобиль не заводится, это может быть другая проблема, например, разрядившийся аккумулятор. Подробнее читайте в этом списке из 7 причин, по которым ваш автомобиль не заводится.
Что делать, если закончился бензин?
Если в вашем автомобиле закончился бензин, обезопасьте себя и своих пассажиров, выполнив следующие действия.
Свернуть. Включите аварийную сигнализацию и сверните с проезжей части в безопасное место — если это вообще возможно. Если вы знаете, что не доедете до заправочной станции, найдите безопасное место, чтобы остановиться, прежде чем у вас полностью закончится бензин.
Позовите на помощь. Следующим вашим шагом должна стать помощь. Вы можете позвонить другу или члену семьи, который живет поблизости, или в службу экстренной помощи на дорогах. Если это не вариант, вы можете попробовать позвонить в эвакуаторную компанию или по номеру неэкстренной службы местного отделения полиции.
Сколько бензина нужно, чтобы завести машину после того, как она закончилась?
Чтобы перезапустить машину, требуется всего около галлона топлива. Но сколько бы вы ни наполнили бак, убедитесь, что этого достаточно, чтобы добраться до ближайшей заправки.
Куда мне звонить, если у меня закончился бензин?
Если в вашей машине когда-нибудь закончится бензин, приятно знать, что кто-то будет рядом, чтобы помочь. Покрытие Roadside Service 1 от Erie Insurance не только помогает при блокировках, спущенных шинах, механических поломках и разряженных аккумуляторах, но даже может спасти день, когда в вашем автомобиле закончился бензин.
Чтобы воспользоваться придорожной службой, просто позвоните по номеру 888-FOR-ERIE (888-367-3743) и выберите вариант 2. Вас свяжут с Agero, общенациональным партнером ERIE по оказанию помощи на дорогах.
Одна из замечательных особенностей этого дополнения заключается в том, что в нем нет франшизы, поэтому в большинстве случаев вам не нужно платить дополнительную плату при использовании этой дорожной услуги. Agero пришлет кого-нибудь заправить ваш бак, а затем выставит счет непосредственно ERIE. Служба всегда доступна для вас 24/7, так что будь то 4 утра или Рождество, вы получите необходимую помощь.
Устройство роторного двигателя. Принцип работы роторного двигателя — видео
Автор Master OffRoad На чтение 13 мин. Просмотров 1.6k. Опубликовано
Содержание
История создания роторного двигателя
Строение и принцип работы роторного двигателя
Строение роторного двигателя
Фазы работы
Плюсы и минусы
КПД роторно-поршневой конструкции
Перегревы и высокие нагрузки
Ресурс
Машины с роторным двигателем
Видео: как устроен и работает роторный двигатель
Подведем итоги
История создания роторного двигателя
Второе имя роторного двигателя (РПД) — ванкель (этакий аналог дизеля). Именно Феликсу Ванкелю сегодня приписываются лавры изобретателя роторно-поршневого двигателя и даже рассказывается трогательная история о том, как Ванкель шел к поставленной цели тогда же, когда Гитлер шел к своей.
На самом деле все было чуточку иначе: талантливый инженер, Феликс Ванкель действительно трудился над разработкой нового, простого двигателя внутреннего сгорания, но это был другой двигатель, основанный на совместном вращении роторов.
После войны Ванкель был привлечен немецкой фирмой NSU, занимавшейся в основном выпуском мотоциклов, в одну из рабочих групп, трудившихся над созданием роторного двигателя под руководством Вальтера Фройде.
Вклад Ванкеля — это обширные исследования уплотнений вращающихся клапанов. Базовая схема и инженерная концепция принадлежат Фройде. Хотя у Ванкеля был патент на двойственное вращение.
Первый двигатель имел вращающуюся камеру и неподвижный ротор. Неудобство конструкции навело на мысль поменять схему местами.
Первый двигатель с вращающимся ротором начал работу в середине 1958 года. Он мало отличался от своего потомка наших дней — разве что свечи пришлось перенести на корпус.
Феликс Ванкель и его первый роторный двигатель
Вскоре фирма объявила о том, что ей удалось создать новый и очень перспективный двигатель. Почти сотня компаний, занимающихся производством автомобилей, закупила лицензии на выпуск этого мотора. Треть лицензий оказалась в Японии.
Строение и принцип работы роторного двигателя
Схема работы роторного двигателя представляет собой нечто совершенно иное, чем обычный ДВС. Во-первых, следует оставить в прошлом конструкцию двигателя внутреннего сгорания, известную нам. А во-вторых, попытаться впитать в себя новые знания и понятия.
Как и поршневой, роторный двигатель использует давление которое создается при сжигании смеси воздуха и топлива. В поршневых двигателях, это давление создается в цилиндрах, и двигает поршни вперед и назад. Шатуны и коленчатый вал преобразуют возвратно-поступательные движения поршня во вращательное движение, которое может быть использовано для вращения колес автомобиля.
РПД назван так из-за ротора, то есть такой части мотора, которая движется. Благодаря этому движению мощность передаётся на сцепление и КПП. По сути, ротор выталкивает энергию топлива, которая затем передаётся колёсам через трансмиссию. Сам ротор выполнен обязательно из легированной стали и имеет, как и говорилось выше, форму треугольника.
Капсула, где находится ротор, — это своеобразная матрица, центр вселенной, где все процессы и происходят. Другими словами, именно в этом овальном корпусе происходит:
сжатие смеси;
топливный впрыск;
поступление кислорода;
зажигание смеси;
отдача сгоревших элементов в выпуск.
Одним словом, шесть в одном, если хотите.
Сам ротор крепится на специальном механизме и не вращается вокруг одной оси, а как бы бегает. Таким образом, создаются изолированные друг от друга полости внутри овального корпуса, в каждой из которых и происходит какой-либо из процессов. Так как ротор треугольный, то полостей получается всего три.
Всё начинается следующим образом: в первой образующейся полости происходит всасывание, то есть камера наполняется воздушно-топливной смесью, которая здесь же перемешивается. После этого ротор вращается и толкает эту перемешанную смесь в другую камеру. Здесь смесь сжимается и воспламеняется при помощи двух свечей.
Смесь после этого идёт в третью полость, где и происходит вытеснение частей использованного топлива в систему выхлопа.
Это и есть полный цикл работы РПД. Но не всё так просто. Это мы рассмотрели схему РПД только с одной стороны. А действия эти проходят постоянно. Если говорить иначе, процессы возникают сразу с трёх сторон ротора. В итоге всего за единственный оборот агрегата повторяется три такта.
Как самому полировать фары автомобиля? Кроме того, японским инженерам удалось усовершенствовать роторный двигатель. Сегодня роторные двигатели Мазда имеют не один, а два и даже три ротора, что в значительной мере повышает производительность, тем более если сравнить его с обычным двигателем внутреннего сгорания. Для сравнения: двухроторный РПД сравним с шестицилиндровым ДВС, а 3-роторный с двенадцатицилиндровым. Вот и получается, что японцы оказались такими дальновидными и преимущества роторного мотора сразу распознали.
Опять же, производительность — это не одно достоинство РПД. Их у него много. Как и было сказано выше, роторный двигатель очень компактный и в нём используется на целых тысячу деталей меньше, чем в том же ДВС. В РПД всего две основные детали — ротор и статор, а проще этого ничего не придумаешь.
Строение роторного двигателя
Роторный двигатель состоит из слоев. Двухроторный двигателя состоят из пяти основных слоев, которые удерживаются вместе благодаря длинным болтам, расположенным по кругу. Охлаждающая жидкость протекает через все части конструкции.
Как самостоятельно полировать автомобиль? Два крайних слоя закрыты и содержат подшипники для выходного вала. Они также запечатаны в основных разделах камеры, где содержатся роторы. Внутренняя поверхность этих частей очень гладкая и помогает роторам в работе. Отдел подачи топлива расположен на конце каждой из этих частей.Следующий слой содержит в себе непосредственно сам ротор и выхлопную часть.
Центр состоит из двух камер подачи топлива, по одной для каждого ротора. Он также разделяет эти два ротора, поэтому его внешняя поверхность очень гладкая.
В центре каждого ротора крепится две большие шестерни, которые вращаются вокруг более маленьких шестерней и крепятся к корпусу двигателя. Это и является орбитой для вращения ротора.
Конечно же, если бы у роторного мотора не было недостатков, то он обязательно бы применялся на современных автомобилях. Возможно даже, что, если бы роторный двигатель был безгрешен, мы и не узнали бы про двигатель поршневой, ведь роторный создали раньше. Затем человеческий гений, пытаясь усовершенствовать агрегат, и создал современный поршневой вариант мотора.
Но к сожалению, минусы у роторного двигателя имеются. К таким вот явным ляпам этого агрегата можно отнести герметизацию камеры сгорания. А в частности, это объясняется недостаточно хорошим контактом самого ротора со стенками цилиндра. При трении со стенками цилиндра металл ротора нагревается и в результате этого расширяется. И сам овальный цилиндр тоже нагревается, и того хуже — нагревание происходит неравномерно.
Если в камере сгорания температура бывает выше, чем в системе впуска/выпуска, цилиндр должен быть выполнен из высокотехнологичного материала, устанавливаемого в разных местах корпуса.
Для того чтобы такой двигатель запустился, используются всего две свечи зажигания. Больше не рекомендуется ввиду особенностей камеры сгорания. РПД наделён бывает совершенно иной камерой сгорания и выдаёт мощность три четверти рабочего времени ДВС, а коэффициент полезного действия составляет целых сорок процентов. По сравнению: у поршневого мотора этот же показатель составляет 20%.
Фазы работы
Как действует роторный двигатель? Принцип работы (gif-изображения и схему РПД вы можете увидеть ниже) данного мотора заключается в следующем. Функционирование двигателя состоит из четырех повторяющихся циклов, а именно:
Подачи топлива. Это первая фаза работы двигателя. Она происходит в тот момент, когда вершина ротора находится на уровне отверстия подачи. Когда камера открыта для основного отсека, ее объем приближается к минимуму. Как только ротор вращается мимо нее, в отсек попадает топливно-воздушная смесь. После этого камера снова становится закрытой.
Сжатия. Когда ротор продолжает свое движение, пространство в отсеке уменьшается. Таким образом, происходит сжатие смеси из воздуха и топлива. Как только механизм проходит отсек со свечей зажигания, объем камеры снова уменьшается. В этот момент происходит воспламенение смеси.
Воспламенения. Зачастую роторный двигатель (ВАЗ-21018 в том числе) имеет несколько свечей зажигания. Это обусловлено большой длиной камеры сгорания. Как только свеча воспламеняет горючую смесь, уровень давления внутри увеличивается в десятки раз. Таким образом, ротор снова приводится в действие. Далее давление в камере и количество газов продолжают расти. В этот момент происходит перемещение ротора и создание крутящего момента. Так продолжается до тех пор, пока механизм не пройдет выхлопной отсек.
Выпуска газов. Когда ротор проходит данный отсек, газ под высоким давлением начинает свободно перемещаться в выхлопную трубу. При этом движение механизма не прекращается. Ротор стабильно вращается до тех пор, пока объем камеры сгорания снова не упадет до минимума. К этому времени из мотора выдавится оставшееся количество отработавших газов.
Именно такой имеет роторный двигатель принцип работы. ВАЗ-2108, на который также монтировался РПД, как и японская «Мазда», отличался тихой работой мотора и высокими динамическими характеристиками. Но в серийное производство данная модификация так и не была запущена. Итак, мы выяснили, какой имеет роторный двигатель принцип работы.
Плюсы и минусы
Есть ряд преимуществ:
меньшее количество деталей, как минимум на 35% меньше относительно поршневого. Меньше деталей — меньше поломок;
если сопоставить с конкурентом такой же мощности, то РПД будет в 2 раза меньше по размеру;
отсутствие высокой нагрузки даже на больших оборотах и если на низких передачах разогнаться сильнее сотни километров в час;
меньше весит, поэтому машину проще уравновесить, она становится более устойчивой;
нет проблемы вибрации даже у самых легких авто. Поршневой вибрирует гораздо сильнее, ввиду чего роторный лучше сбалансирован.
Но есть и недостатки:
главный минус — небольшой ресурс, это издержка простой конструкции. Рабочий угол уплотнителей постоянно меняется, из-за чего они быстро изнашиваются. Износ усиливается и от того, что через каждый такт меняется температура. Вдобавок давление, оказываемое на трущиеся поверхности, от этого есть только одно средство — впрыскивание масла в коллектор;
при износе уплотнителей образуются утечки между камерами. Разница в давлении очень большая, от этого страдает КПД. Вред для экологии усиливается;
из-за серповидной конфигурации камер топливо сгорает не полностью. Из-за небольшой длины рабочего хода и скорости вращения ротора выталкиваются несгоревшие газы высокой температуры. Выделяются не только продукты сгорания бензина, но и масло, ввиду чего окружающая среда подвергается крайне негативному влиянию. Поршневые двигатели не настолько вредные для экологии;
про высокий расход топлива уже было сказано, но это касается не только бензина, но и масла. Такой двигатель съедает до литра на тысячу километров. Если забыть про масло, то можно столкнуться с необходимостью дорогого ремонта или вовсе замены мотора;
высокая себестоимость. Требуются качественные дорогие материалы и высокотехнологичное оборудование.
У роторного двигателя достаточно недостатков, но и его конкурент не совершенный. Поэтому соревнование между ними длилось достаточно долго. Сейчас гонка окончена, но никто не может сказать, навсегда или нет.
КПД роторно-поршневой конструкции
Не смотря на ряд недоработок, проведенные исследования показали, что общий КПД двигателя Ванкеля довольно-таки высокий по современным меркам. Его значение составляет 40 – 45%. Для сравнения, у поршневых двигателей внутреннего сгорания КПД составляет 25%, у современных турбодизелей – около 40%. Самый высокий КПД у поршневых дизельных двигателей составляет 50%. До настоящего времени ученые продолжают работу по изысканию резервов для повышения КПД двигателей.
Итоговый КПД работы мотора состоит из трех основных частей:
Топливная эффективность (показатель, характеризующий рациональное использование горючего в моторе).
Исследования в этой области показывают, что только 75% горючего сгорает в полном объеме. Есть мнение, что данная проблема решается путем разделения процессов сгорания и расширения газов. Необходимо предусмотреть обустройство специальных камер при оптимальных условиях. Горение должно происходить в замкнутом объеме, при условии нарастания температурных показателей и давления, расширительный процесс должен происходить при невысоких показателях температур.
КПД механический (характеризует работу, результатом которой стало образование переданного потребителю крутящего момента главной оси).
Порядка 10% работы мотора расходуется на приведение в движение вспомогательных узлов и механизмов. Исправить данную недоработку можно путем внесения изменений в устройство двигателя: когда главный движущийся рабочий элемент не прикасается к неподвижному корпусу. Постоянное плечо крутящего момента должно присутствовать на всем пути следования основного рабочего элемента.
Термическая эффективность (показатель, отражающий количество тепловой энергии, образованной от сжигания горючего, преобразующейся в полезную работу).
На практике 65% полученной тепловой энергии улетучивается с отработанными газами во внешнюю среду. Ряд исследований показал, что можно добиться повышения показателей термической эффективности в том случае, когда конструкция мотора позволяла бы осуществлять сгорание горючего в теплоизолированной камере, чтобы с самого начала достигались максимальные показатели температуры, а в конце эта температура понижалась до минимальных значений путем включения паровой фазы.
Перегревы и высокие нагрузки
Также из-за особой конструкции данный агрегат был часто подвержен перегреву. Вся проблема заключалась в линзовидной форме камеры сгорания.
В отличие от нее, классические ДВС имеют сферическую конструкцию камеры. Топливо, которое сгорает в линзовидном механизме, превращается в тепловую энергию, расходуемую не только на рабочий ход, но и на нагрев самого цилиндра. В конечном итоге частое «закипание» агрегата приводит к быстрому износу и выходу его из строя.
Ресурс
Не только цилиндр терпит большие нагрузки. Исследования показали, что при работе ротора значительная часть нагрузок ложится на уплотнители, расположенные между форсунками механизмов. Они подвергаются постоянному перепаду давления, потому максимальный ресурс двигателя составляет не более 100-150 тысяч километров.
После этого мотору требуется капитальный ремонт, стоимость которого порой равносильна покупке нового агрегата.
Машины с роторным двигателем
В разработке усовершенствованных концепций силового агрегата с базовым элементом конструкции в виде подвижного ротора участвовали и российские конструкторы, включая Зуева, Желтышева, ингушских изобретателей братьев Ахриевых.
Игнорируя инновации, на автомобили по-прежнему устанавливают двигатели Ванкеля.
В число моделей с РПД входят:
Мазда RX-8. Конструкторское бюро японского концерна достигло прогресса в усовершенствовании. Их последняя разработка вместимостью 1,3 л развивает мощность 215 л.с. Более поздняя версия с аналогичным объемом выдает 231 л.с. Производство прекращено с августа 2011 г. в результате снижения спроса.
ВАЗ 2109-90. Такими машинами пользовались в служебных целях сотрудники российских правоохранительных органов. Милицейские автомобили за 8 секунд могли разогнаться до 100 км/ч и развивали скорость 200 км/ч, легко догоняя преступников. Производились и агрегаты с большей мощностью. Но большая цена и малый ресурс не позволили прижиться РПД, и полицейским пришлось пересесть на транспортные средства с поршневыми моторами.
Мерседес С-111. Впервые был представлен автолюбителям на женевском автосалоне в 1970 г. Спортивный автомобиль оснащался трехкамерным двигателем Ванкеля. Максимальная скорость составляла 275 км/ч. На разгон до первой сотни уходило 5 секунд.
ВАЗ 21019 Аркан. Модель также закупалась для нужд МВД. Советских милиционеров на таких машинах догнать было невозможно и, тем более, уйти от погони. Большинство преследований завершалось поимкой преступников. Объяснение тому – способность служебного транспорта развивать предельную скорость 160 км/ч. Трехсекционный мотор в 1,3 л выдавал 120 л.с.
Видео: как устроен и работает роторный двигатель
Подведем итоги
Моторы роторно-поршневого типа превосходно показывают себя в гонках. У них есть для этого высокая мощность, большое количество оборотов. Немаловажно, что машины на нем очень легкие относительно других, так как двигатель меньше и легче. Ресурс двигателя для гонок — не самый важный показатель, как и прожорливость. Но в обычной жизни нельзя этого не учитывать.
Вне недостатки обусловлены строением и принципом работы роторно-поршневого двигателя. Их нельзя отнести к недоработкам, скорее, это особенности. Но в теории есть способ вновь начать пользоваться РПД. Для этого нужно сделать его более экологичным, повысить ресурс и сделать его более экономичным.
Главная страница » Все о роторных двигателях — виды и принцип работы
Главное отличие внутреннего устройства и принципа работы роторного двигателя от ДВС заключается в полном отсутствии двигательной активности, при этом удается добиться высоких оборотов работы мотора. У роторного двигателя или иначе двигателя Ванкеля, есть и ряд других преимуществ, их мы и рассмотрим подробнее.
Общий принцип устройства роторного двигателя
РПД облачен в овальный корпус для оптимального размещения ротора, имеющего треугольную форму. Отличительная особенность ротора в отсутствии шатунов и валов, что значительно упрощает конструкцию. По сути, ключевыми деталями РД являются ротор и статор. Основная двигательная функция в таком типе мотора осуществляется за счет движения ротора, расположенного внутри корпуса, имеющего схожесть с овалом.
Подпишитесь на наш Telegram-канал
Принцип действия основан на высокоскоростном движении ротора по окружности, в результате создаются полости для запуска устройства.
Почему роторные двигатели не пользуются спросом?
Парадокс роторного двигателя заключается в том, что при всей простоте конструкции он не столь востребован, как двигатель внутреннего сгорания, имеющий весьма сложные конструктивные особенности и сложности при осуществлении ремонтных работ.
Разумеется, роторный двигатель не лишен недостатков, иначе он бы нашел широкое применение в современном автопроме, а возможно мы бы и не узнали про существование ДВС, ведь роторный был сконструирован значительно раньше. Так зачем же так усложнять конструкцию, попытаемся разобраться.
Явными недочетами роторного мотора можно считать отсутствие надежной герметизации в камере сгорания. Это легко объяснить конструктивными особенностями и условиями работы мотора. В ходе интенсивного трения ротора со стенками цилиндра происходит неравномерный нагрев корпуса и, как следствие, металл корпуса расширяется от нагрева лишь частично, что и приводит к выраженным нарушениям герметизации корпуса.
Для усиления герметичных свойств, особенно при условии выраженной разницы температурных режимов между камерой и системой впуска или выпуска, сам цилиндр изготавливают из разных металлов и размещают их в разных частях цилиндра, для улучшения герметичности.
Для запуска мотора используют всего две свечи, это связано с конструктивными особенностями мотора, позволяющими выдавать на 20% больше КПД, в сравнении с двигателем внутреннего сгорания, за одинаковый промежуток времени.
Проще говоря, если к телу не приложить внешнюю силу, то сдвинуть его с места невозможно.
Проще говоря, если к телу не приложить внешнюю силу, то сдвинуть его с места невозможно.
Тестирование проводилось с учетом предыдущих ошибок и, тем не менее, результаты оказались положительными – двигатель EmDrive производит тягу.
Но главным, по-настоящему революционным последствием его внедрения являются невообразимые горизонты, которые открываются для космических путешествий.
Тем не менее, для реализации технологии, науке еще придется потрудиться.
Сайт компании Cannae LLC, разрабатывающей космический двигатель Cannae Drive.Видео интервью с Роджером Шоуером, май 2015 года
Максимально упростив теорию, можно сказать, что частицы могут исчезать и рождаться в замкнутом контуре пространства-времени.
Согласно недавнему отчету НАСА, в лаборатории удалось получить тягу, имеющую коэффициент мощности 1,2±0,1 мН/кВт.
Так в разное время экспериментами связанными с EmDrive занимались учёные Китая, США, Германии, Великобритании и других стран.
0001 Н, что граничило с погрешностью измерений. Заявленных изобретателем значений, а также значений полученных китайскими учёными достичь не удалось.
После устранения этих ошибок результаты китайцев оказались примерно такими же как и у американцев и немцев.
п. это не редкость.
Изобретатель предполагает, что из-за разницы в диаметре передней и задней стенок (как у дна ведра и его крышки) на них действуют разные по величине силы, вызванные стоячей электромагнитной волной в резонаторе.
Сторонники двигателя парируют эти аргументы тем, что можно допустить отталкивание резонатора от вакуумного состояния или же привлечь к объяснению СТО.
Источником тяги в них выступает импульс фотонов, вылетающих в космическое пространство. Зато фотонные двигатели не требуют брать с собой ни топлива, ни рабочего тела.
А по пути — создать новые сверхточные методы для исследования сверхмалых сил.
ru
xn--p1ai/awards/
Эту проблему можно просто представить себе таким образом – если человек сядет в коробку и начнет толкать ее противоположные стенки, то он не будет двигаться вперед, а будет шататься на месте.
Сетевой каталог предложил покупателям динозавра. Дело техники Научный подход Открытый космос cassini mars exploration rover Вселенная Луна МКС Марс Млечный Путь Сатурн Солнце Титан Фобос Юпитер астероиды вода на Марсе галактики жизнь вне Земли жизнь на Марсе звёзды карликовые планеты кольца Сатурна кометы космическая техника космические двигатели космический туризм космология космонавтика луны луны Сатурна метеориты планетные системы планеты протопланетные диски сверхновые сложные вещества в космосе солнечная активность суборбитальные аппараты телескопы транснептуновые объекты чёрные дыры шаттлы эволюция Солнечной системы экзопланеты Прошлая жизнь Секрет фирмы Личный опыт Здоровый интерес Жажда творчества.
Пьезоприводы проигрывают электромагнитным двигателям по мощности, а MEMS микромоторам — по степени микроминиатюризации. Однако основное преимущество микропьезомоторов — возможность прямого позиционирования с субмикронной точностью.
При этом возрастают размеры всего устройства в целом, а значительная часть энергии тратится на преодоление трения в механической передаче. Диаграмма, приведенная на рис. В настоящее время многими фирмами освоено серийное производство пьезомоторов.
На гранях металлической муфты смонтированы пьезокерамические пластины актуаторов.
Резьбовая пара муфта—червяк не требует смазки для работы. Пьезоприводы практически безынерционные, обеспечивают отличную приемистость движение с ускорением до 10 g , практически бесшумны в звуковом диапазоне 30 Гц — 15 кГц.
Таким образом, потребитель имеет возможность использовать набор готовых компонентов для получения своего OEM электромеханического модуля.
Дозатор состоит из микроконтроллерного модуля управления, емкости с препаратом, шприца и управляемого привода. Управление дозатором осуществляется встроенным микроконтроллерным модулем с батарейным питанием. Элемент питания — литиевая батарея.
В настоящее время на базе микромоторов SQL созданы приводы для различных функциональных узлов в криогенном лабораторном оборудовании, а также механические приводы для подстройки параметров космических телескопов. Работа при низких температурах требует других частот и амплитуд сигналов для возбуждения пьезоактуаторов. Немецкая фирма Physik Instrumente PI www. Основной сектор — оборудование для нанопозиционирования и обеспечения контроля движения с высокой точностью.
В качестве примера рассмотрим характеристики конкретной модели P рис. Модуль привода P может заменить классический привод на основе двигателя с вращающимся валом и механической передачей, а также другие линейные электромагнитные приводы.
Линейные шаговые двигатели преобразуют импульсную
Сущность, строение и принцип работы ионного двигателя. Схема ионного двигателя. Преимущества ионного двигателя.
Европейцы создали миниатюрный двигатель для межпланетных миссий Леонид Попов , 2 апреля Нравится 5. Он предназначен для космических аппаратов весом от 1 до килограммов. При этом малыши остаются на тех орбитах, на которые их доставила ракета-носитель.
Взависимости от степени миниатюризации используются различные типы микромоторов.
Поэтому нет необходимости брать с собой в возможное путешествие какой-либо топливный бак, «заряженный» его мощностью.
Как оказалось, они проверили работу двигателя в вакууме и устранили возможные ошибки измерений, доказав по ним принцип работы этого двигателя.
Роджер Шойер с моделью своего EmDrive
Однако, помимо доказанной правомерности принятого метода исследования, с самого начала не был развеян весь спектр сомнений, фактически подорвавших доверие к самой идее.
Возникновение такой ситуации не должно автоматически означать отрицание действующей научной теории или фундаментальных физических законов.
Резонатор по форме похож на усеченный металлический конус — один конец шире другого. Благодаря правильно подобранным размерам в нем резонируют электромагнитные волны определенной длины. Предполагается, что эти волны ускоряются к более широкому концу и замедляются к более узкому концу. Различие в скорости смещения волны должно приводить к различию радиационного давления, оказываемого на противоположные концы резонатора, и, таким образом, к образованию тяга, движущая транспортное средство. Эта последовательность будет действовать в направлении более широкой базы. Проблема в том, что, по мнению критиков Шойера, этот эффект компенсирует воздействие волн на боковые стенки конуса.
EmDrive ничего из этого не выдувает.
Это первая известная теория скрытых переменных, представленная Луиза де Бройль в 1927 году, позже забытый, затем заново открытый и улучшенный Дэвид Бом — сейчас называется теория де Бройля-Бома. Он лишен проблем, существующих в стандартной интерпретации квантовой механики, таких как мгновенный коллапс волновой функции и проблема измерения (известная как парадокс кота Шредингера).
Макс Борн предположил, что волновая функция волнового уравнения Шредингера представляет собой плотность вероятности обнаружения частицы. Именно для этой идеи де Бройль разработал теорию пилотной волны и разработал функцию пилотной волны. Первоначально он предложил подход с двойным решением, в котором квантовый объект содержит физическую волну (u-волну) в реальном пространстве, имеющую сферическую сингулярную область, которая вызывает поведение, подобное частице. В этой первоначальной форме теории исследователь не постулировал существование квантовой частицы. Позже он сформулировал теорию волны-пилота и представил ее на знаменитой Сольвеевской конференции в 1927 году. Вольфганг Паули однако он предполагал, что такая модель не будет правильной для неупругого рассеяния частиц. Де Бройль не нашел
Теория де Бройля-Бома в итоге была признана правильной интерпретацией квантовой механики и представляет собой серьезную альтернативу самой популярной на сегодняшний день копенгагенской интерпретации. Важно отметить, что он лишен парадокса измерения, который мешает стандартной интерпретации квантовой механики.
Если бы он был прав, мы бы в конечном итоге назвали таинственный привод «неинерционным», потому что именно инерция, то есть инерция, преследует британского исследователя.
Изначально движок ставился на машины от Nissan начиная с 2006 года. Позже он начал ставится и на машины от Renault, под новым названием M4R. особенностью этого ДВС является минимальное внутренне сопротивление. Это обусловлено специфической конструкцией движка. Преимуществом мотора является высокая надежность цепного привода ГРМ. Этот двигатель был лишен основных недостатков своего прародителя в лице мотора с индексом QR. При соблюдении регламента замены масла, а также бережной эксплуатации двигатель не должен создавать никаких проблем.
Эти моторы лишены проблем своих предшественников в виде неисправности катализаторов, что нередко вызывало выход из строя силовых агрегатов.
Масляное голодание приводило к быстрому износу трущихся деталей. Правда, даже несмотря на это хондовские моторы продолжали ехать и не ловили клин. поэтому можно говорить о надежности моторов этого японского автогиганта.
Хорошие отзывы можно встретить не только о 2,5-литровой версии, но и о ДВС с объемом в 2,3 и 2,4 литра.
купить новую заслонку можно за 650-700 долларов, а ее ремонт обойдется в 200-250 долларов.
Совместно с промышленником Лангеном, Отто создал фирму «Отто и Компания», в планы которой входило производство новых моторов, которых было выпущено около 5 000 экземпляров. В 1877 году Отто запатентовал четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, однако, как оказалось, четырехтактный цикл был изобретен еще за несколько лет до этой даты французом Бо де Рошем. Судебная тяжба между этими инженерами закончилась поражением Отто, в результате чего его монопольные права на четырёхтактный цикл были отозваны. Тем не менее, конструкция двигателя Отто во многом превосходила французский аналог, что и предопределило его успех – к 1897 году было выпущено уже 42 000 таких моторов различной мощности.
Однако его конструкция была настолько несовершенной, что он оставил свои попытки.
Он изобрел карбюратор, ставший прообразом карбюраторных систем, известных сегодня. Банки предложил революционную по тем временам идею – не испарять бензин – а равномерно распылять его по цилиндру. Поток воздуха всасывал бензин через дозирующий жиклёр, сделанный в форме трубки с отверстиями. Напор потока поддерживался посредством небольшого бачка с поплавком, обеспечивающим постоянную пропорциональную смесь воздуха и бензина.
Бензиновые моторы используют у себя свечи зажигания, которые с помощью электрической искры воспламеняют в камере сгорания топливную смесь (кислород + бензин) и тем самым запускают двигатель. В результате воспламенения топлива образуется энергия которая начинает двигать поршни в моторе. 
В результате такого сильного сжатия воздух в камере сгорания очень сильно нагревается и после чего в камеру сгорания попадает само дизельное топливо, которое в итоге самовоспламеняется.
Правда, здесь надо уточнить, когда дизельные моторы работают при низком соотношении кислорода с топливом, то в процессе самого сгорания образуется много сажи.
Такие моторы относятся к классу двигателей внутреннего сгорания.
При этом значительно увеличивается мощность и коэффициент полезного действия силового агрегата.
К ним относятся:
Также используется для удаления нагара и продуктов износа трущихся поверхностей. Моторное масло может подаваться к местам смазки как методом разбрызгивания, так и под давлением.
Наиболее распространенными на производстве двигателями на тот момент громоздкие паровые машины. Они устраивали далеко не всех. Инженеры понимали, что для повышеня эффективности производства необходимы другие силовые установки — легко запускающиеся, малых размеров и мощности.
В это время в цилиндре, расположенном с другой стороны поршня, происходило воспламенение топливовоздушной смеси.
Этот цикл является основой работы ДВС и до сегодняшнего дня.
Автомобиль имел стенки кузова, лобовое стекло, крышу, резиновые шины, коробку передач и рычаг переключения скоростей. Так началась эпоха автомобилей с бензиновыми двигателями. Среди пионеров построения таких самоходных экипажей были З. Маркус, А. Пежо, Братья Рено, Ф. У. Ленчестер, Г. Остин и Г. Форд.
Рабочая смесь сжимается, в цилиндре возрастает давление и температура.
об/мин, но это требует создания уже совсем другого, «околоспортивного» двигателя, а также усовершенствованной трансмиссии. Например, еще в начале 1990-х Honda разработала двигатель объемом 1,6 л, который выдавал 160 л.с. Но с современными экологическими нормами о нем лучше даже не вспоминать.
А еще распространение таких двигателей сдерживается потребностью в топливе высокого качества. Недаром многие фирмы долгое время не поставляли такие моторы в нашу страну. У нас и без того подъезжаешь к бензоколонке как к столу с рулеткой, а тут еще и двигатель более требовательный.
Все благодаря оптимальному снабжению воздухом поршневой части двигателя с помощью электронно-управляемого турбокомпрессора. В результате наддувный двигатель при небольших и средних нагрузках чуть экономичнее в сравнении с безнаддувным собратом при прочих равных. Такой двигатель прекрасно тянет с самых низов, а на малых оборотах потери энергии на трение меньше из-за меньших путей проходимых всеми деталями двигателя и, соответственно, выше КПД.
Пустить машину можно было с толкача, а заглушить передачей. Вот это надежность! Поэтому тогда я голосовал за такой дизель двумя руками.
К тому же всегда есть опасность заправиться топливом не по сезону, а это чревато проблемами с запуском двигателя в мороз. Да и надежностью дизели не блещут из-за конструктивной сложности.
Конечно, в среднем в два раза более низкая цена газа компенсирует этот перерасход.
Имел в личном пользовании кучу карбюраторных автомобилей отечественного производства, на многие из которых (от УАЗ-469 до Таврии) ставил газовое оборудование. Работая в издательстве, поездил на многих автомобилях отечественного и зарубежного производства. И сделал я для себя вывод, что нет ничего лучше безнаддувного бензинового двигателя с впрыском топлива и с цепным приводом ГРМ вместо ремня. Самый беспроблемный вариант! А дизельные двигатели имеет смысл ставить на достаточно тяжелые внедорожники, пикапы, развозные фургоны, малые грузовички и далее по списку, вплоть до магистральных тягачей.
Газовые двигатели Jenbacher известны своей надежной работой в сложных условиях и сложных топливных газах. Газовые двигатели Jenbacher производятся в городе Йенбах, Австрия, в Тироле. Газовый двигатель Jenbacher предназначен для работы исключительно на различных типах газа и для различных применений. Jenbacher лидирует в области инноваций газовых двигателей за последние 50 лет, разработав, в том числе:
Благодаря более чем пятидесятилетнему опыту работы с газовыми двигателями по всему миру установлены тысячи двигателей Jenbacher.
Они могут производить электроэнергию параллельно с местной электросетью, в автономном режиме или для выработки электроэнергии в отдаленных районах.
Двигатели Jenbacher известны не только своей способностью работать на газах с чрезвычайно низкой теплотворной способностью, низким метановым числом и, следовательно, степенью детонации, но и на газах с очень высокой теплотворной способностью.
Поскольку правительство оказывает давление на компании и организации с целью сокращения их углеродного следа, эффективность и отдача энергии от установок ТЭЦ и тригенерации являются предпочтительным энергетическим ресурсом.
Доминирующим циклом двигателя может быть либо Отто, либо Дизель, с использованием нескольких различных методов приготовления смеси и воспламенения. Большинство коммерческих и экспериментальных двигателей, работающих на природном газе, можно разделить на четыре типа технологий: (1) двигатели со стехиометрическим циклом Отто; (2) двигатели с обедненной смесью, цикл Отто; (3) двухтопливные двигатели смешанного цикла (сочетание двигателей Отто и Дизеля) и (4) дизельные двигатели, работающие на природном газе. Эти технологии демонстрируют различия в термической эффективности, производительности и требованиях к последующей обработке.
Это позволяет улучшить весовое совершенство ракетного двигателя как за счет исключения пассивного веса мембраны, так и за счет увеличения массы топлива в заряде, а увеличение начальной горящей поверхности заряда за счет выступа компенсирует повышенные начальные теплопотери в РДТТ в момент запуска, что повышает надежность его работы в целом. Исключение из конструкции РДТТ сгораемой перегородки снижает его дымообразование, что очень важно для управляемых ракетных комплексов с оптической системой управления.
При этом существенно снижаются и гидравлические потери при течении газа над быстро вырождающимися секциями выступа. Варьируя количество прорезей, их ширину (Δ) и ширину (В) самого кольцевого выступа, возможно обеспечить необходимый форсажный режим работы заряда.
Кстати, чем именно заправляют космические летательные аппараты? Можно ли заправить ракету автомобильным топливом и какой вид двигателя самый мощный? Рассказываем, чем же «кормить» ракету.
При этом у ЖРД больше удельный импульс и управляемость: проще включать/выключать, регулировать величину тяги. Жидкостный двигатель, если он заправлен криогенным топливом, обладает одной особенностью — сложнейшей процедурой заправки перед стартом (ракета Илона Маска Falcon 9 взорвалась именно во время заправки топливом). РДТТ включил, и все: пока не прогорит — не выключишь. 
Тогда ТТУ превращается в непредсказуемую мину: то ли сработает как надо, то ли разнесет вдребезги себя и все вокруг.
Вот, например, бензин и дизельное топливо, созданные и предназначенные для двигателей внутреннего сгорания, непригодны для использования в ракетных.
Затем выбрасываются из сопла, создавая таким образом тягу. 
В качестве связывающего органического клея, как правило, используется резина. При изготовлении топливной массы, жидкий резиновый клей смешивается с порошком перхлората аммония и алюминиевой пудрой. Вязкая топливная масса помещается в формы. Потом резиновый клей затвердевает. И затвердевшее топливо сохраняет приданную ему форму. 
В то же время он легкий, и при горении образует много легких газов, как аммиачная селитра. 
При этой температуре воспламеняется любое горючее вещество.
Жидкая часть топлива распыляется и сгорает в этом пламени. :quality(80)/images.vogel.de/vogelonline/bdb/498400/498478/original.jpg)
When burning fuel ammonium perchlorate oxygen and light gases, aluminum powder increases the temperature of combustion, as well as during combustion provided a lot of energy. As the binding of organic adhesives are typically used tires. With mass production of fuel, liquid rubber adhesive powder is mixed with ammonium perchlorate and aluminum powder. Viscous mass of fuel is placed in the forms. Then, the rubber adhesive hardens. And hardened fuel reserves to give it shape.
During engine operation, fuel charge is burned finger, its area is reduced, respectively, and reduced engine power.
At the same time, it is easy, and in combustion, many light gases as ammonium nitrate.
The main component of the fuel — ammonium nitrate, low-melting material, Paraffin melts well, too. Ammonium nitrate, in combination with the wax does not ignite when heated and does not burn in the molten state. It burns only in combination with coal, or chemicals that form during combustion of coal, with cellulose, with starch, and the like. Since molten wax ammonium nitrate does not react. The main solid fuel in the buffer engine obgoraet on the surface in an atmosphere of hot, vapor-saturated oxygen gas peroxides. But as fuel fusible and bad fuel, basically it does not burn, but melts.
Люди разделились на два племени.
Результатом является язык горячего выхлопа и тяги. Это система, которая питает ракеты SpaceX.
«По удобству хранения его очень трудно превзойти», — говорит Бен Кейс, технический директор по концептуальному проектированию и летным характеристикам в Orbital ATK, с которым мы познакомились во время посещения завода в Промонтори. «И мы не сталкиваемся с некоторыми проблемами токсичности, которые могут возникнуть при хранении жидкости».
Эти двигатели могут даже выключаться, что является полезной функцией безопасности. Не то с твердотопливными ракетами.
А лишние шаги — приглашение к ошибкам.
В моде повторное использование ракет. Blue Origin и SpaceX запускают свои ракетные ступени, демонстрируя впечатляющие инновации, обещая при этом, что повторное использование снизит стоимость выхода на орбиту и откроет космическое пространство для большего числа людей.
Выловленные из Атлантики и отправленные обратно в Юту, ядра будут восстанавливаться после каждого полета. Весь процесс изготовления повторялся на том же заводе, повторно использовался только внешний стальной корпус. Между прочим, те же самые стальные детали, которые летали в эпоху шаттлов, используются на SLS. Это скромная легкая задача или робкий возврат к работе? Твой выбор.
Каждая ступень ускорителя производится отдельной компанией. Первый этап
Ни один из промышленных растворителей, которые они использовали, не прочистит засор в раковине.
Как только бустер
Общий вес этого ускорителя составлял 4484 фунта, а только топливо весило 3668 фунтов. Третий
Длина этого бустера осталась прежней (9,1 фута), а его диаметр увеличился до 4,3 фута.
01 стекловолокно. Общий вес ракеты-носителя увеличился почти
Ты можешь помочь!
Ты можешь помочь!
Это сгорание
Два
Твердотопливная ракета тоже
Канальная ракета
Именно по этой причине
Однако важным относительно новым применением сжигания твердого топлива является ракетный двигатель. Разработка новой модели горючих объектов в FLOW-3D v11.1 был основан на сжигании твердого топлива в ракетах. Модель описывает преобразование твердого ракетного топлива в газ с помощью источника тепла, имитируя процесс горения в твердотопливных ракетах.
Такую деформацию горючей детали можно увидеть при моделировании в конце этой статьи. Если необходимо смоделировать упругие напряжения в твердом топливе, модель взаимодействия жидкости и конструкции будет работать с этой новой разработкой.
Эти значения могут быть изменены пользователем.
На рис. 4 число Куранта остается низким внутри камеры зажигания, но увеличивается по мере перехода потока из камеры в сопло. Поскольку основной целью изучения этого случая было моделирование поведения горючего объекта, насколько далеко простирается камера зажигания, число Куранта там низкое, что обеспечивает точное решение. Этого может не быть в случае с соплом, но пользователь может уменьшить временной шаг, чтобы запустить моделирование при более низком числе Куранта, если это необходимо.
«Наш процесс сжигания топлива предотвращает образование соляной кислоты, полностью устраняя негативные последствия ракеты».
«Используя наше топливо, ракеты могли бы лететь намного дальше и с большей взрывной силой, удерживая солдат на большем и безопасном расстоянии», — сказал он. «Наше топливо может не только защитить жизнь бойца, дав ему конкурентное преимущество, но и уменьшить коррозию оборудования, сэкономив значительные суммы денег».
В случае с ТВаД турбин всегда две.
Понятно, что винт, закрепленный на валу и создающий тягу, не сможет работать при такой скорости и выполнять свои функции, ведь тогда ему придется вращаться со сверхзвуковой скоростью. Редуктор, установленный перед валом, понижает обороты и увеличивает крутящий момент, так что скорость вращения лопастей винта вертолета значительно меньше скорости вращения турбины.
Также ТВаД используется в качестве пускового агрегата, который проворачивает ротор турбины при запуске. В этом случае он имеет название турбостартер.
Короткое видео разработки, внедрения и применения турбовального двигателя на танке.
Вся суть турбовального двигателя и заключается, чтоб максимально использовать энергию сгорающего топлива, по сравнению с поршневыми двигателями это реализуется лучшим образом. Тем самым в одном килограмме двигателя можно реализовать конструкцию, более мощную своих цилиндрических сородичей, которая с каждого килограмма топлива будет забирать тепловую энергию и преобразовывать ее в механическую.
Поэтому ТВаД нуждается в надежной системе тщательной очистки воздуха, а расходы на нее далеко не всегда оправданы – в большинстве случаев намного проще и дешевле использовать традиционный дизель. Это еще одна причина, по которой эти двигатели в основном используются в воздухе: там и грязи меньше, и птицы летают ниже высоты полета, так что нормальной работе компрессора и турбины ничего не мешает. Зато масса ТВаД намного меньше любого поршневого двигателя, а это в авиации немаловажно.
Монокоптеры – это целый класс летательных аппаратов, придуманный более ста лет назад и получивший сегодня второе дыхание.
В итоге уже годом позже Папен и Руилли получили финансирование от военных, поскольку армия всегда первой подхватывала перспективные проекты, — и принялись за дело.
Во-вторых, монокоптер состоит из очень небольшого количества элементов, причем подвижных среди них — раз, два и обчелся, и потому его надежность весьма высока; даже столкновение с другим летательным аппаратом и легкие повреждения, нанесенные корпусу-крылу, позволят монокоптеру пролететь еще некоторое расстояние, например, до базы. На последнее преимущество и купились французские военные.
Rhone «выдавал» 1200 об/мин и вращал вентилятор, нагнетавший внутрь лопасти воздух. Из выгнутого конца лопасти струя выходила со скоростью порядка 100 м/с, приводя весь аппарат во вращение. Пилот «Куколки» располагался в центре масс между крылом и вентилятором — это позволяло стабилизировать его положение. Направление полета задавалось воздушной струей: часть нагнетаемого воздуха отводилась в поворотный воздухопровод, соединенный с рулем.
Закончилось испытание печально: пилота начало закручивать и трясти, он сумел каким-то образом спрыгнуть в воду, после чего «Куколка» заглохла, перевернулась — и затонула, несмотря на то что ее основанием был полый поплавок.
Авиационный бум 1910-х годов позволил прогрессу идти семимильными шагами: уже к концу Первой мировой войны армии всех воюющих государств были оснащены самолетами, достаточно совершенными и скоростными, чтобы творение Папена и Руилли осталось лишь историческим курьезом.
В итоге монокоптер Lockheed Martin проиграл конкуренту — устройству под названием Nano Hummingbird (то есть «колибрилету»), созданному в рамках того же заказа компанией AeroVironment. 19-граммовая законченная модель махолета, «срисованного» с колибри, была представлена зимой 2011 года, в то время как монокоптер до сих пор находится в разработке. На сегодняшней стадии длина его лопасти достигла 17 см; правда, на выставках чаще всего демонстрировался более крупный экземпляр с 40,6-сантиметровым крылом; на нем тестируется и система управления.
Точнее, целых три дрона, последний из которых имеет всего лишь 7,5-сантиметровое крыло, — кажется, у ребят из Lockheed Martin серьезные проблемы в плане конкуренции. Надо сказать, Ульрих и компания работали над монокоптером тоже достаточно давно, с 2007 года. Принцип работы The Ulrich Flyer такой же, как и у Lockheed Martin Samarai, то есть имеется крыло в форме крылатки и импеллер на его законцовке. Вот только у мэрилендцев получилось (почти — по крайней мере по размерам) вложиться в технические требования заказчика.
Попытка Папена и Руилли была очень неплоха для 1910-х — но, видимо, навсегда отбила у инвесторов желание вкладывать средства в подобные проекты. Тестовый вертолет Bolkow Bo-103 был создан в 1960 году только для тестирования стеклопластикового профиля лопасти — никак не для серии. А вот беспилотники имеют все шансы серьезно обосноваться на современном рынке военных дронов-наблюдателей.
Создатели Robotic Samara приводят и еще один аргумент в пользу дронов-наблюдателей однолопастной конфигурации: подобный робот вращается несколько сотен раз в минуту, каждый раз фиксируя панорамную картинку и, таким образом, собирая максимально возможную информацию об окружающей обстановке. Обычному дрону для получения такого же объема нужно разворачиваться, заходить на виражи и т. д. Правда, остается решить вопрос стабилизации, но при современном уровне технологий все возможно. И самое интересное, что шансы со-здать работающий и управляемый дрон-монокоптер у любителя-моделиста и серьезной организации вроде Lockheed Martin примерно равны. Особенно если DARPA выделит на это необходимые средства.
.. РИА Новости, 12.11.2017
xn--p1ai/awards/
Легкие, быстрые, компактные, надежные и необычные — эти характеристики идеально подходят серии вертолетов КБ имени Камова, которая в воскресенье отмечает 70-летний юбилей. Двенадцатого ноября 1947 года в воздух поднялась первая машина знаменитого советского авиаконструктора Николая Камова — Ка-8 «Иркутянин». Это событие стало началом эпохи вертолетов с соосной схемой расположения несущих винтов. Россия до сих пор остается единственным государством в мире, наладившим массовое производство этих сложных машин. Камовские вертолеты успешно трудятся на «гражданских должностях», а также служат в частях армейской и морской авиации. О том, для чего нужна соосная схема, а также о ее главных преимуществах и недостатках — в материале РИА Новости.
Во-первых, у него отсутствует фюзеляж. Вся конструкция состоит из стальных труб, закрепленных на двух надувных цилиндрических баллонах. Пилот сидит в небольшом открытом кресле. Максимальная взлетная масса Ка-8 — всего 320 килограммов, длина — 3,7 метра, высота 2,5 метра. Скромны и летные характеристики: «Иркутянин» был способен подниматься на 250 метров максимум и разгоняться до 80 километров в час. Впрочем, за скоростью и высотой при создании «первенца» камовцы не гнались. Настоящим прорывом стали несущие трехлопастные винты, расположенные один над другим. Это конструктивное решение — визитная карточка практически всех вертолетов Ка.
Вертолетам Камова такой привод просто-напросто не нужен. Их несущие винты вращаются в противоположные стороны. Такое решение значительно упрощает механику машины, снижает ее уязвимость. Говорят, что Ка-52 способен совершить посадку даже с отстреленным под корень хвостом».
Тот подумал и ответил: «вертолет». До этого момента винтокрылые летательные аппараты именовали американизмом «геликоптер».
Для этого он вел аппарат на номинальных оборотах. Скорости лопастей оказалось недостаточно, и вертолет упал. Гуров скончался по пути в больницу.
Первый Ка-15 нес два гидроакустических буя для обнаружения подлодок. На втором была установлена аппаратура управления и слежения. Глубинные бомбы же устанавливались на третьем. Понятно, что такой подход снижал общий боевой вес Ка-15. К тому же было несколько случаев схлестывания лопастей несущих винтов, что приводило к крушению вертолета. Вряд ли стоит винить в этом конструкторов: соосная схема в то время была малоизведанной областью. Приходилось учиться на ошибках.
С годами наши специалисты достигли очень высокого уровня. В других странах серийных машин такой конструкции просто нет — это наше ноу-хау. На Западе строят лишь какие-то опытные экземпляры, беспилотники, зонды. До массового производства дело так и не дошло».
— При соосной схеме управляемость вертолета выше, выше маневренность и лучше высотные характеристики, потому что вся мощность идет на основные винты. А маневренность нужна при ведении боевых действий. Соосный вертолет симметричен, у него нет в полете дополнительных кренов».
Вертолет без проблем долетел до аэродрома Ханкала, где поврежденный участок просто отрезали. После этого он своим ходом добрался до пункта базирования. В целом же летчики в Ка-50 буквально влюбились. Мощное бронирование кабины и наличие системы катапультирования придает экипажам уверенности, что в сочетании с высокой автоматизацией полета и отличными маневренными характеристиками самым положительным образом влияет на боевой дух летчиков.
Его разработкой и изготовлением занималась фирма «Ecosse Moto Works Ink» и немаловажную роль в него внесли конструкторы и инженеры Формулы 1. Они постарались оснастить байк по максимуму.
с. на 134 кг массы. Для этого пришлось совместить двигатель от спортбайка Ducati 998R и уникальную кастомную выхлопную систему с жестким титановым шасси. Максимальная скорость, которую способен развить этот итальянский жеребец превышает 300 кмч.
Мотоцикл Harley Davidson
Если вы были фанатом этой машины, то у вас был шанс увидеть её в мае этого года. В мотоцикл поместили электродвигатель, гидравлические тормоза и бортовой компьютер, с помощью которого осуществляется управление байком. Цена: $77,000.
Мотоцикл отличает и дизайн: в нем присутствуют элементы алюминия, который применяют при строительстве самолетов. Также байк сочетает ретро-стиль с современностью. Поэтому, если вы больше любите внешний вид, чем скорость, этот мотоцикл определенно для вас. Цена: $92,500.
Этот шедевр искусства сделан на основе стандартной модели Road Star Warrior и впервые, был показан в Сиэтле. Самое неприятное, что по городским дорогам ехать на нем нельзя.
Цена: $172,000.
Но одним из существенных недостатков оставался повышенный расход топлива.
Реактивные двигатели требовали топлива с основой из нитроцеллюлозы, которая растворялась в нитроглицерине. В больших агрегатах сегодня используют специальную смесь полимерного горючего с перхлоратом аммония в качестве окислителя.
Здесь происходит смесь с топливом и воспламенение. Образуются газы, которые подаются на турбину высокого давления, за счет чего и вращаются лопасти турбины.
Малый турбокомпрессор быстрее набирает обороты, снижая тем самым задержку ускорения, а большой обеспечивает больший наддув при высокой скорости вращения двигателя.
В результате отклонения развивается большая центробежная сила.
Кинетическая энергия отработанных газов под воздействием турбины преобразуется во вращательное движение компрессора.
Это завершающий этап 1 цикла работы двигателя. Здесь формируется реактивная струя. Таков принцип работы двигателя самолета. Вентилятор нагнетает холодный воздух в сопло, предотвращая его разрушение от чрезмерно горячей смеси. Поток холодного воздуха не дает манжете сопла расплавиться.
Основную часть энергии горячей смеси данный вид установки использует для привода воздушного винта через редуктор. В такой установке вместо одной присутствует 2 турбины. Одна из них приводит компрессор, а вторая – винт. В отличие от классических турбореактивных, винтовые установки более экономичны. Но они не позволяют самолетам развивать высокие скорости. Их устанавливают на малоскоростных воздушных судах. ТРД позволяют развивать гораздо большую скорость во время полета.
Здесь я представляю ряд иллюстраций на эту тему (их сегодня вообще много как-то получилось :-)… Ну много — не мало… :-)).
Такие устройства представляют собой миниатюрный турбовальный двигатель, свободная турбина которого раскручивает ротор основного двигателя при его запуске. Называется такое устройство турбостартер. В качестве примера могу привести турбостартер ТС-21, используемый на двигателе АЛ-21Ф-3, который устанавливается на самолеты СУ-24, в частности на мой родной СУ-24МР :-)…
Однако неавиационное приземленное предназначение существует и серьезности своей не потеряло, скорее наоборот.
Успешно пройдя все испытания, оно «благополучно» перестало существовать для России. Перестройка… Более таких судов не строили. Зато у военных в этом плане дела обстоят несколько лучше. Чего стоит один только десантный корабль «Зубр», самое большое в мире судно на воздушной подушке.
Газотурбовоз успешно прошел испытания, планируется его дальнейшая эксплуатация.
Кроме того он чувствителен к грязи и посторонним предметам, всасываемым вместе с воздухом. Они могут повредить лопатки компрессора. Поэтому приходится создавать достаточно объемные системы очистки при использовании такого двигателя.
Тем не менее принцип действия турбинного агрегата намного проще поршневого мотора. Из-за особенностей эксплуатации, первый нашёл применение в авиации, второй установлен на 90% штатных автомобилей.
Так же плюс в используемом топливе, доведённый до мелкодисперсного состояния, ассортимент воображает, главный вид – керосин и дизель. Но возможно применение: бензина, газа, спирта, мазута, угольной пыли и т.п.
После происходит перетекание воздуха в горящий объём, куда подаётся и топливо. Перемешиваясь с воздушной массой и сгорая, смесь энергетически преобразуется.
В нашем случае, требуемые результаты, напрямую связаны с горением смеси и при этом обширном выделении тепла. Это не так просто, как кажется, основополагающее препятствие – материал изделия, которому сложно выдержать температуру и напор. По этой причине, проведено много расчётов, направленных на снятие тепла с турбины и применение в ином русле. Усилия не пропали даром, повторное использование энергии стало возможным и нагревало сжатые воздушные массы перед горением, а не терялось зря. Без таких устройств «теплообменников» достичь значений полезного действия было бы не возможно.
Агрегат включает камеру, где происходит сгорание; присутствуют свечи, поджигающие заряд; форсунка, участвующая в смесеобразовании. На одном валу помещены турбинные колёса и нагнетатель. Присутствуют: редуктор понижения, устройство обмена теплом, трубки, коллектор впуска, сопло и концентратор.
Импульс, создаваемый окружностью, передаётся посредством редуктора на движущий элемент, а газовый остаток перетекает в устройство обмена теплом, подогревая там сдавленные воздушные массы и выбрасываясь в среду окружения.
Несмотря на недостатки, конструкция постоянно дорабатывается и совершенствуется.
Для отвода выхлопа применяют отводящие патрубки. Аппарат предназначен для установки на летательных аппаратах, используемых на малых высотах и скоростях, может оснащаться биротативным воздушным винтом.
Мотор получил распространение на вертолётах, танках, кораблях. Например, М90ФР, корабельный газотурбинный двигатель, устанавливаемый на фрегатах Российского флота. К таковым относятся: «Адмирал Горшков», «Дерзкий» и др.
ТРД приводит в движение воздушное судно за счет реактивной тяги. В свою очередь, реактивная тяга является силой отдачи струи газа, которая вылетает из сопла. То есть получается, что турбореактивная установка толкает самолет и всех находящихся в салоне людей с помощью газовой струи. Реактивная струя, вылетая из сопла, отталкивается от воздуха и таким образом, приводит в движение воздушное судно.
В таких установках используются вентиляторы с большим количеством лопастей определенной формы. Размер и форма лопастей обеспечивают максимально эффективную и быструю подачу воздуха в турбину. Изготавливаются они из титана. Помимо основной функции (затягивания воздуха), вентилятор решает еще одну важную задачу: с его помощью осуществляется прокачка воздуха между элементами ТРД и его оболочкой. За счет такой прокачки обеспечивается охлаждение системы и предотвращается разрушение камеры сгорания.
После возгорания смесь поступает в турбину.
Самолеты с такими двигателями характеризуются отличной маневренностью.
Поэтому у многих возникает вопрос: зачем использовать более сложные установки, если можно ограничиться винтовой? Ответ прост: ТРД превосходят винтовые двигатели по мощности. Они мощнее в десятки раз. Соответственно, ТРД выдает гораздо большую тягу. Благодаря этому обеспечивается возможность поднимать в воздух большие самолеты и осуществлять перелеты на высокой скорости.
И на протяжении сорока лет этот тип двигателя оставался основным в самолетостроении. Но во время Второй мировой войны стало ясно, что традиционная поршнево-винтовая авиация подошла к своему технологическому пределу – как по мощности, так и по скорости. Одной из альтернатив был воздушно-реактивный двигатель.
Создание турбореактивного двигателя в конце 1930-х было своеобразным хобби немецких компаний. В этой области отметились практически все известные ныне бренды: Heinkel, BMW, Daimler-Benz и даже Porsche. Основные лавры достались компании Junkers и ее первому в мире серийному турбореактивному двигателю 109-004, устанавливаемому на первый же в мире турбореактивный самолет Me 262.
В итоге за счет предварительного нагрева энергия расширения значительно повысится и появится ее излишек, который можно использовать для получения необходимой нам механической работы. Вот собственно и весь принцип работы турбореактивного двигателя.
Камера сгорания опоясывает ротор двигателя после компрессора сплошным кольцом, либо в виде отдельных труб, которые называются жаровыми трубами. В жаровые трубы через специальные форсунки и подается авиационный керосин.
Новая силовая установка на Т-50 с увеличенной мощностью сделает самолет еще более маневренным, а главное – откроет новую эпоху в отечественном авиастроении.
который нагнетает воздух под большим давлением в камеру сгорания.
Таким образом система замыкается и требует лишь подвода топлива и воздуха для своего функционироваия.
Гонка вооружения между Англией и Германией стала толчком к созданию ТРД (турбореактивного двигателя).
Благодаря этому увеличивается тепловая энергия воздуха. После смесь выходит из камеры с большой скорости и расширяется.
А в остальном их работа совершенно идентична и не отличается друг от друга.
Главной задумкой ученых было создание двигателя, основанного не на химической реакции радиоактивных веществ, а на вырабатываемом тепле от ядерного реактора. Он должен был находиться на месте камеры сгорания.
Сначала вытачивается базовая пластина из алюминия, к которой крепятся все остальные детали. По размеру она совпадает с хоккейной шайбой.
Он, конечно, меньшей силы, но полностью напоминает его, придавая больше схожести модели.
Этот процесс достаточно хорошо виден в ролике в статье о двигателе, как тепловой машине.
Турбореактивный двигатель просто не влезет в фюзеляж. Поэтому применяется он мало. Но в свое время он был применен на двигателе ВК-1 (РД-45), который устанавливался на знаменитый истребитель МИГ-15, а также на самолеты ИЛ-28 и ТУ-14.
Теперь уже не воздух действует на лопатку, а лопатка на него. То есть компрессор совершает механическую работу (над воздухом :-)). Или еще более нагляднее :-). Все знают вентиляторы, которые так приятно обдувают в жару. Вот вам пожалуйста, вентилятор и есть рабочее колесо осевого компрессора, только лопастей конечно не три, как в вентиляторе, а побольше.
Все зависит от типа и назначения двигателя (и самолета соответственно).
Она похожа на компрессор, но работает, так сказать, в противоположном направлении. ЕЕ раскручивает горячий газ по тому же принципу, как воздух детскую игрушку- пропеллер. Неподвижные лопатки в ней находятся не за вращающимися рабочими, а перед ними и называются сопловым аппаратом. Ступеней у турбины немного, обычно от одной до трех-четырех. Больше и не надо, ведь для привода компрессора хватит, а остальная энергия газа потратится в сопле на разгон и получение тяги. Условия работы турбины мягко говоря «ужасные». Это самый нагруженный узел в двигателе. Турбореактивный двигатель имеет очень большую частоту вращения (до 30000 об/мин). Представляете какая центробежная сила действует на лопатки и диски! Да плюс факел из камеры сгорания с температурой от 1100 до 1500 градусов Цельсия. Вобщем ад :-). Иначе не скажешь. Я был свидетелем, когда при взлете самолета Су-24МР оборвалась рабочая лопатка турбины одного из двигателей. История поучительная, обязательно о ней расскажу в дальнейшем. В современных турбинах применяются достаточно сложные системы охлаждения, а сами они (особенно рабочие лопатки) изготавливаются из особых жаропрочных и жаростойких сталей.
Эти стали достаточно дороги, да и весь турбореактивный двигатель в плане материалов очень недешев. В 90-е годы, в эпоху всеобщего разрушения на этом нажились многие нечистые на руку люди, в том числе и военные. Об этом тоже как-нибудь позже…
Сложно… Но зато интересно ???? …
Естественно, что при повышении давления возрастает температура воздуха в компрессоре до 600 — 700 К. Часть горячего воздуха из компрессора может быть взята на обогрев гермокабин, в антиобледенительную систему и т. п.
Эта схема редко применяется, так как имеет большие габаритные размеры.
В некоторых конструкциях ТРДД предусмотрено смещение на выходе потоков обоих контуров. Внутренний контур работает по обычной схеме ТРД. Для ТРДД введена характеристика, именуемая степенью двухконтурности. Она определяется, как отношение расхода воздуха через наружный контур к расходу воздуха через внутренний контур. Это соотношение для современных ТРДД колеблется в довольно широких пределах: от 0,5 до 8 и выше.
ТВД на дозвуковых скоростях превосходят по экономичности другие типы двигателей. На взлете ТВД развивает в 2—2,5 раза большую тягу, чем ТРД. Следовательно, взлетная дистанция в этом случае будет короче. На самолетах с ТВД воздушный винт может быть использован в качестве тормоза при посадке, что снижает длину пробега. Кроме того, уровень шума ТВД ниже, чем у ТРД и ТРДД. Это обусловило широкое применение ТВД в гражданской авиации. В период дефицита углеводородного топлива ТВД с высокими экономическими показателями становятся все более популярными. Уже сейчас проектируется применение ТВД на самолетах новых поколений.
9) . Воздух попадает во входное устройство двигателя, минуя воздушный винт 1. Затем он сжимается в компрессоре 3. Продукты сгорания вытекают из камеры сгорания 4, заставляют вращаться турбину 5 и выходят из реактивного сопла 6, создавая дополнительную тягу. В конструкциях некоторых ТВД компрессор приводится во вращение одной турбиной, а воздушный винт — другой. Такие независимые приводы дают возможность лучше регулировать работу двигателя. Непременным конструктивным элементом ТВД является редуктор. Дело в том, что турбина вращается с частотой около 20000 об/мин. Прямая передача этого вращения на воздушный винт невозможна, ибо при такой частоте вращения винт не может быть эффективным. Поэтому вращение воздушному винту передается через редуктор 2.
Просто по принципу действия: забортный воздух (в ракетных двигателях – жидкий кислород) засасывается в турбину, там смешивается с топливом и сгорая, в конце турбины образует т.н. “рабочее тело” (реактивная струя), которое и двигает машину.
Это охлаждает камеры смешивания и сгорания и не дает им разрушится.
Таким образом система замыкается и требует лишь подвода топлива и воздуха для своего функционироваия.
Т.е. в любом случае в двигатель сначала входит воздух (с атмосферы) и топливо (из баков), далее воздух сжимается и в него впрыскивается топливо, после чего смесь воспламеняется, из-за чего значительно расширяется, и в итоге выбрасывается в атмосферу. Из всех этих действий выдает энергию лишь расширение, все остальные необходимы для обеспечения этого действия.
Именно этим и обусловлено такое широкое применения газотурбинных двигателей в авиации в наши дни.
Потому они и имеют довольно «пухлую» форму. Именно такие двигатели применяются на большинстве современных авиалайнеров, поскольку являются наиболее экономичными на скоростях, приближающихся к скорости звука и эффективными при полетах на высотах выше 7000-8000м и вплоть до 12000-13000м.
Затем он поступает в камеру сгорания. В камеру через форсунки подается также топливо, смесь сжигается, продукты сгорания перемещаются через турбину. Продукты сгорания в лопатках турбины расширяются и приводят ее во вращение. Далее газы из турбины с уменьшенным давлением поступают в реактивное сопло и с огромной скоростью вырываются наружу, создавая тягу. Максимальная температура имеет место и на воде камеры сгорания.
Здесь работает третий закон Ньютона, который гласит: “Любое действие вызывает равное противодействие”.
Это увеличивает тепловую энергию воздуха.
В США тоже не отставали от ученых в Советском Союзе.
Если на двигателях внутреннего сгорания для этих целей служат управляемый сервомашинкой карбюратор, то электромоторам требуется отдельное устройство, которое называется регулятором хода.
На серьезные модели такие регуляторы не ставят, и мы о них больше говорить не будем.
Кроме того, они имеют ряд характеристик, от которых может зависеть выбор вами той или иной модели. Поэтому для начала дадим основные определения с комментариями, чтобы вам было легче ориентироваться.
Сброс при включении. При включении бортового питания модели может так случиться (по забывчивости моделиста), что ручка управления двигателем не стоит в положении «Стоп». Тогда двигатель модели может сразу выйти на максимальные обороты. Для не готового к этому моделиста такой внезапный старт может кончиться серьезными травмами и потерей модели. Для предотвращения этого в программу контроллера вводят функцию POR. Она работает так: при подаче питания на регулятор хода он принудительно ставит двигатель в положение «Стоп» вне зависимости от длительности управляющего импульса от приемника. После того, как моделист переведет ручку в положение «Стоп», блокировка снимается, и двигателем можно управлять, как обычно.
Для этого после отключения ходового двигателя в аккумуляторе остается еще немного энергии для работы приемника и сервомашинок. Порог отключения рассчитан на определенный вид аккумуляторов, чаще никель-кадмиевых. Если подключить литиевые, то они могут испортиться с одной зарядки. Продвинутые регуляторы позволяют настраивать порог отключения под конкретный тип аккумулятора.
Неизбежно усложняет и удорожает регулятор, ухудшая его параметры. Применяется редко. На большинстве хороших регуляторов хода не используется.
Определяет, какой максимальный ток двигателя может выдерживать регулятор длительное время.
Например, при резком старте автомодели.
Поэтому все регуляторы имеют такую характеристику, как внутреннее сопротивление. Хоть внутреннее сопротивление регулятора и невелико (0,0006 Ом у чемпионатных регуляторов), вносимые потери могут сыграть большую роль, когда дело дойдет до серьезных соревнований.
В то время, когда он переходит из одного состояния в другое, на нем теряется энергия. Если же частота много ниже оптимальной, — растут индуктивные потери в моторе.
В некоторых регуляторах настраивается величина мертвой зоны в положении «нейтраль». Последовательность операций по настройке различная у разных производителей. Здесь надо следовать указаниям инструкции. В качестве команд настройки используются кнопки на корпусе регулятора, либо те или иные положения джойстика. Некоторые регуляторы переходят в режим настройки при подключении или съеме перемычки-джампера, как в компьютере. В качестве индикатора настраиваемых режимов служат светодиоды на корпусе регулятора. В последнее время многие регуляторы используют звуковую индикацию режимов настройки. При этом в качестве пищалки работают обмотки подключенного двигателя.
Это связано с особенностью работы бессенсорных регуляторов, у которых режимы наибольшей мощности и наивысшего КПД не совпадают. В этом случае пользователь может выбрать то, что для его модели важнее.
Регуляторы хода бесколлекторных двигателей имеют информацию об оборотах уже внутри и дополнительных датчиков не требуют. Многофункциональные регуляторы при настройке переводятся в вертолетный режим, после чего они стабилизируют и регулируют не мощность, а обороты двигателя.
Итого — девять параметров. Это совсем не предел. У шульцевского авторегулятора mcc1010 устанавливается пятнадцать параметров. Понятно, что не всякий моделист готов самостоятельно кропотливо оптимизировать все эти параметры под свой мотор и конкретную трассу. Чтобы упростить эту задачу, производители создали несколько комплектов параметров под определенные трассы и моторы. Эти комплекты хранятся в памяти регулятора хода. Моделисту средней руки остается парой нажатий кнопок выбрать подходящий набор параметров. Крутые чемпионы, конечно, настраивают свои болиды, в т.ч. и в части регулятора хода, сами.
Такие провода, помимо электромоделей, широко используются для подключения акустических систем большой мощности звуковой аппаратуры класса Hi-End, и их можно найти в серьезных магазинах аудиотехники. Наиболее распространены провода сечением 1 кв. мм. для токов до 20 ампер, 1,5 кв. мм. — для токов до 30 ампер, 2,5 кв. мм. — до 50 ампер и 4 кв. мм. — до 80 ампер. Использование меньшего сечения на большие токи чревато как минимум снижением КПД мотоустановки, как максимум — аварией с пожаром. Наоборот — допустимо, но необоснованно завышается вес, — медь-то тяжелая!
Компоненты их спектра могут попасть в радиоканал аппаратуры управления в виде помех, спровоцировав отказ системы управления.
Провода от аккумулятора до регулятора хода тоже не должны быть слишком длинными, но по другой причине. Если длинные провода от регулятора до электродвигателя создают радиопомехи, то слишком длинные провода от аккумулятора до регулятора создают угрозу для целостности самого регулятора хода.
Если уж хочется сэкономить, то припаяйте параллельно нашему электролиту пленочный конденсатор. Хотя такая замена неравноценна установке специальных импульсных конденсаторов. Бывает, что от механических вибраций шунтирующие вход конденсаторы отламывают свои выводы «под корешок». При замене их на отечественные надо учитывать приведенные выше соображения.
Помните, регуляторы хода чаще всего не имеют защиты от переполюсовки. Как уже говорилось, практика показывает, что половина сгоревших регуляторов выходят из строя по этой причине. При использовании специальных отдельных разъемов типа гнездо — штекер, защиту делают так: плюс от аккумулятора распаивают на штекер, а минус — на гнездо. У регулятора хода наоборот. В этом случае защита будет обеспечена.
Размещение регулятора хода на модели должно обеспечивать обдув его корпуса набегающим потоком воздуха. Это правило часто вступает в противоречие с необходимостью защиты регулятора от влаги и грязи на авто- и судомоделях, где их заворачивают в герметичную оболочку. Для разрешения этой проблемы лучше всего брать регуляторы, рассчитанные на меньшее количество витков, а лучше — безлимитные. Их КПД гораздо выше и они рассеивают меньше тепла. Можно, конечно, не обращать внимания на все вышесказанное, и лепить соединения, как вздумается. Но тогда и результат может быть таким:
Но так бывает не у всех моделей. Во многих случаях многомоторность есть дань копийности, либо стремление получить очень большую мощность, которая не может быть обеспечена имеющимися электродвигателями в одиночном варианте. В этом случае для коллекторных моторов совсем не обязательно использовать по отдельному регулятору хода. Вполне допустимо к одному регулятору подключать и несколько электродвигателей. При этом максимально допустимый продолжительный ток регулятора должен превышать суммарный потребляемый ток всех подключенных к нему электродвигателей.
К примеру, если момент одного из колес уменьшится, — колесо забуксовало, то крутящий момент его электродвигателя также уменьшится, а у другого двигателя — увеличится. Получается автобалансировка по мощности и моменту, аналогичная по сути работе дифференциала повышенного трения — Торсен. Как правило, такое свойство параллельного соединения очень полезно для моделей. На максимальном газу, к сожалению, автобалансировка почти не работает.
Для бессенсорных возможно (при определенных условиях) к одному регулятору подключать два двигателя. Главное условие — это благоприятный запуск двигателей, который обеспечивается малым необходимым моментом при пуске двигателей. Многие производители регуляторов хода считают такой режим нештатным, и не дают гарантии на качественную работу их изделий с двумя бесколлекторниками одновременно. Тем не менее, практика показывает вполне успешное использование одного регулятора с двумя двигателями на модели самолета. Теоретически возможный сбой при пуске на практике автором ни разу не наблюдался.
de
Управление регулятором осуществляет канальный импульс с приемника аппаратуры радиоуправления. Напомним его параметры: период — 20 мс, длительность изменяется от 1 до 2 мс. В простейшем случае в задачу регулятора входит регулирование потока мощности от аккумулятора к двигателю. При длительности канального импульса 1 мс — двигатель выключен, при 2 мс — двигатель развивает максимальную мощность. В промежутке мощность плавно изменяется. Как это происходит?
Но не наоборот! Руководствуясь принципом от простого к сложному, мы расскажем вначале о работе простейшего регулятора коллекторного электродвигателя. Вот типовая структурная схема его включения:
Ключ К — открыт и все напряжение от аккумулятора А приложено к двигателю М. Он развивает при этом максимальную мощность.
То есть момент ротора пропорционален току, а не напряжению. Обратим внимание, что рамка на магнитном сердечнике ротора обладает заметной индуктивностью L и сопротивлением R. Вспомним также, что коллекторная машина постоянного тока обратима. Если подать на нее напряжение — она работает как двигатель. Если же, наоборот, к ней подключить нагрузку и начать вращать ее ротор, то машина станет генератором, а в нагрузку потечет ток. Так вот, даже когда машина работает как двигатель, в обмотках ее ротора появляется напряжение Е, пропорциональное оборотам ротора. Для чего мы так долго и нудно рассуждали? Для того, чтобы нарисовать эквивалентную схему электродвигателя постоянного тока:
Теперь посмотрим, как потечет ток через двигатель, когда ключ открыт:
Чтобы индуктивность могла запасать энергию и отдавать ее, ток через нее должен соответственно возрастать и убывать. Для уменьшения пульсаций тока индуктивность должна быть больше (больше суммарная запасенная энергия), а период импульсов меньше — меньше порции энергии, перекачиваемой туда — сюда. Так мы пришли к важнейшему принципу определения необходимой частоты работы регулятора хода. Она должна быть тем больше, чем меньше индуктивность обмоток ротора и больше мощность мотора.
Причем виновным окажется неправильно подобранный регулятор хода, а греться будет двигатель.
Чаще всего используются n-канальные транзисторы, поскольку они при равной с p-канальными стоимости имеют меньшее сопротивление в открытом состоянии и больший максимально допустимый ток. В обычных регуляторах используются транзисторы в корпусах ТО-220. В особо миниатюрных, а также регуляторах мощных бесколлекторных двигателей — в корпусе SO-8.
Поэтому, если попытаться покрутить ротор двигателя, то вырабатываемая им энергия потечет через ключ К2. Ротор проворачиваться будет, но с заметным усилием, тем большим, чем больше скорость раскрутки ротора. При переводе джойстика передатчика в положение «Ход» начинает работу генератор импульсов регулируемой длительности, открывающий ключ К. Ключ К2 при этом закрывается. Двигатель начинает раскручиваться. Если после этого джойстик передатчика перевести снова в положение «Стоп», то ключ К закрывается, а ключ К2 открывается. Вырабатываемая энергия течет через открытый ключ К2 и превращается в тепло как на сопротивлении ключа, так и на сопротивлении обмоток самого двигателя. Кинетическая энергия ротора быстро перекачивается в тепловую. Поскольку сопротивление ключей маленькое, токи торможения получаются очень большими. На мощных регуляторах, чтобы не допустить перегрузки ключей и двигателя торможение делают не сразу резким, а плавным. Для этого в начале торможения ключ К2 управляется также от генератора импульсов переменной длительности.
В низковольтных регуляторах хода в качестве тормозящих ключей чаще используют p-канальные MOSFET-транзисторы, потому что ими проще управлять. При использовании n-канального транзистора для управления делают схему смещения потенциала или ставят специальную микросхему — драйвер ключа. Наряду с возможностью торможения, дополнительный ключ, параллельный двигателю, избавляет от необходимости установки отдельного диода, имевшегося на схемах в начале статьи. Дело в том, что современные силовые MOSFET-транзисторы имеют внутри встроенный интегральный диод, который с успехом справляется. Тормозной ключ также выполняют из нескольких транзисторов, соединенных в параллель. Как правило, их меньше, чем в ключе К. Для гоночных автомоделей некоторые производители встраивают в регулятор хода имитацию ABS-тормозов больших автомобилей. Заключается она в прерывистом торможении. Имитацией потому, что никакого слежения за вращением колес здесь нет. Ее эффективность эквивалентна случаю, когда мы, едучи в настоящем автомобиле по скользкой дороге, прерывисто тормозим.
Иногда это выручает. Но это не настоящая ABS.
В плечах моста для прямого хода К1 и К3 ставят в параллель гораздо больше транзисторов, чем в плечах К2 и К4 обратного хода. Чтобы регулятор при этом не сгорел от перегрузки при длительном реверсе, в некоторых регуляторах вводят автоматическое ограничение времени реверса. У одной из линеек реверсивных регуляторов LRP оно составляет около 5 секунд. Этого хватает, чтобы модель автомобиля отъехала назад от препятствия. А ключи перегреться не успеют.
ВЕС представляет из себя чаще всего простейший параметрический стабилизатор на 5 вольт на дискретных элементах, либо в интегральном исполнении (т.н. линейный стабилизатор). Здесь может быть проблема с перегрузкой мощными сервомашинками этого стабилизатора с просадкой напряжения и последующим отказом системы радиоуправления. Подробнее об этом написано в статье про сервомашинки.
В электродвигателе обмотки и постоянные магниты поменяли местами. Т.е. на ротор переместились постоянные магниты, а обмотки размещены в пазах неподвижного статора. Все секции обмоток соединены в три группы (три фазы), которые могут присоединяться к регулятору хода звездой или треугольником:
Контроллер трудно выполнить на основе программируемого микроконтроллера, поскольку для коммутации нужно высокое быстродействие. Поэтому в серийных регуляторах хода бесколлекторных двигателей ставят специализированную микросхему — ASIC (например, в регуляторах фирмы Schulze), либо программируемую логическую интегральную схему — ПЛИС- FPGA (например, в регуляторах фирмы Kontronik). Можно собрать ее и на дискретных элементах, но это сложно и громоздко. В последнее время появились довольно скоростные микроконтроллеры с тактовой частотой в десятки мегагерц. На их основе можно сделать программным путем контроллер для не слишком скоростных электродвигателей. Весьма перспективно формировать контроллер на базе программируемых сигнальных процессоров — DSP. Пример такого решения можно посмотреть здесь: http://www.2mslbldc.g4g-server.com/bauunterlagen.html. Как видно из описания, применение DSP резко упрощает изготовление регулятора хода, низводя его до сложности элементарного регулятора коллекторного двигателя, что очень привлекательно для самостоятельной его сборки.
Важно одно: пока ротор не вращается, такое определение положения не работает. Чтобы запустить неподвижный двигатель, вводится режим пуска. Контроллер начинает переключать обмотки последовательно, независимо от положения ротора с небольшой скоростью. Как только ротор сдвинется, появится обратная связь, и двигатель выйдет на режим.
На автомоделях — с датчиками.
Плохо это или хорошо? Смотря для чего. С точки зрения снижения токовых перегрузок на пусковых режимах это неплохо. Мягкая нагрузочная характеристика облегчает плавность регулирования ускорением модели, придает ей этакую вальяжность. Вместе с тем, страдает разгонная динамика. Для гоночных автомобилей на сухом покрытии с хорошим сцеплением полезно иметь силовую установку с хорошей динамикой раскрутки. Чтобы компенсировать умягчение характеристики, в продвинутых автомобильных регуляторах вводят перерегулирование при динамичных перемещениях курка газа. Как это происходит, лучше пояснить на графике движения курка газа передатчика и мощности, подаваемой на двигатель.
Там при резкой даче газа автомат переключается на ступень вниз с одновременным обогащением смеси в двигателе на мощностной режим. При этом разгон автомобиля резко улучшается. Величина перерегулирования устанавливается при настройке многофункциональных регуляторов хода в числе других параметров, либо имеется в наборах предустановленных параметров под определенные трассы. На скользком покрытии такое перерегулирование очень вредно, поскольку провоцирует срыв колес в занос. Впрочем, на настоящих автомобилях происходит так же — включение режима kick-down на обледенелой дороге неотвратимо приведет к заносу. У винтовых движителей моделей — гребных и воздушных винтов — нет такой жесткой механической связи со средой, как в автомодели, поэтому для них нет необходимости компенсировать умягчение характеристики электродвигателя.
Особенно для обычных коллекторных двигателей. Это изделие принадлежит к той категории электроприборов, которые, будучи грамотно спроектированы и без ошибок смонтированы из заведомо годных деталей, не требуют настройки и регулировки, а работают сразу. Можно ли на этом сэкономить? Можно, и прилично. Поэтому, умеющие держать паяльник в руках, — дерзайте.
Автор отремонтировал десятки различных регуляторов как обычных, так и бесколлекторных моторов. Если платы не выгорели в дым — все можно восстановить.
Двигатель должен вращаться достаточно быстро, чтобы через турбину проходил достаточно холодный воздух, в противном случае она станет очень горячей и повредит внутренние компоненты. Слабая батарея может разрядиться до того, как процесс горения станет самоподдерживающимся, и это будет иметь катастрофические последствия.
В этом месте может быть установлен сепаратор частиц для удаления любых посторонних веществ, таких как пыль или песок, которые могут вызвать эрозию лопаток компрессора.
Это облегчает разгон двигателя и потребляет меньше энергии от аккумулятора. Когда двигатель достигает устойчивой скорости, клапан автоматически закрывается.
edu
Трансмиссия принимает мощность двигателя (крутящий момент при
Всякий раз, когда вал двигателя
Верхняя пластина свободно вращается. Нижняя пластина представляет собой
На обычном вертолете здесь вступает в действие хвостовой винт. Хвост
Но у вертолетов нет крыльев и, следовательно, они не планируют, поэтому они предполагают, что отказ двигателя вертолета всегда приводит к катастрофе со смертельным исходом. Я несколько раз слышал следующее или что-то в этом роде: «Вертолеты? Вы бы не застали меня ни в одном из них. Если двигатель заглохнет, значит, у вас это получилось — они просто падают с неба». В самом деле, если бы я получал по центу каждый раз, когда слышу это или что-то в этом роде, возможно, я не был бы богат, но, вероятно, смог бы позволить себе летать намного чаще.
Ибо, в действительности, именно это он и сделал бы и, вероятно, сделал бы успешно.
Как только вертолет начинает снижаться, воздух снизу проходит через винты и заставляет их вращаться, что-то вроде ветряной мельницы или листа платана. Вертолет теперь установлен в том, что известно как ‘ авторотация’. Он будет снижаться довольно быстро, обычно со скоростью около 1700 футов в минуту. Но это будет сходить под контроль. Пилот может выбрать, куда лететь, решить ускориться или замедлиться, развернуться против ветра и выбрать безопасную площадку для посадки.
На самом деле, в школе, где я преподаю, я часто удивляю учеников пробного урока, заканчивая тренировочной авторотацией на аэродром, и не говорю им об этом до конца. Многие даже не осознают, что произошло что-то из ряда вон выходящее. Но, как и при посадке с выключенным двигателем в любом самолете – да и почти при любом летном маневре – авторотация требует практики, и есть ряд факторов, которые необходимо учитывать. Итак, давайте теперь посмотрим, как студенты учатся делать авторотации и что именно требуется для их успешного выполнения.
Большие вертолеты с более тяжелыми несущими системами имеют большую инерцию лопастей и дают вам значительно больше времени. Один пилот как-то сказал мне, что в Bell JetRanger можно сесть и сказать: «О боже, у нас отказал двигатель», а потом в неторопливом темпе спустить коллектив. Это немного преувеличение, но это правда, что есть несколько секунд на размышления. Но это не относится к меньшим и более легким вертолетам, таким как Robinson R22. В этих вертолетах коллектив нужно сразу спускать. Вероятно, именно этот факт привел к их незаслуженной репутации опасных, особенно для пилотов вертолетов с малым количеством часов работы.
Конечно, это не так много времени, но попробуйте медленно сосчитать до семи… этого должно хватить. Помните, все, что вам нужно сделать, это понизить коллектив — все остальное может подождать.
Было бы совершенно нормально что-нибудь поменьше — большой сад, полянка в лесу, игровое поле. Любой из них не представляет проблемы для вертолета, попавшего в беду.
Вертолеты не глохнут на малой скорости полета, поэтому вы можете притормозить — даже почти до нулевой скорости, если это необходимо. Если вы сделаете это, скорость снижения будет увеличиваться почти до нуля! Вы будете спускаться почти вертикально — фактически, при любом встречном ветре вы пойдете назад. Но это один из способов попасть на сайт, который находится прямо под вами, если он единственный доступный, и, на мой взгляд, это гораздо более простой и безопасный метод, чем начать поворачивать и, возможно, потерять свой сайт в процессе.
, желательно на высоте 300 футов над землей. В этот момент вы нацеливаетесь на середину выбранного вами места, и примерно в сорока футах вы начинаете мягкую ракету, выравниваете вертолет и поднимаете коллектив, когда достигаете земли, чтобы смягчить фактическую посадку. И, надеюсь, вы уйдете, не повредив ни вертолет, ни пилота, ни пассажиров
Каждый тип вертолета имеет диаграмму высота-скорость, также известную как «кривая уклонения» или, более графически, как «кривая мертвеца». На этом графике показана зависимость воздушной скорости от высоты и области, из которых было бы крайне сложно выполнить успешную посадку с выключенным двигателем. В основном небезопасными являются те области, в которых вертолет летит высоко, но медленно, или очень низко и очень быстро. Вот почему, если это вообще возможно, вертолеты будут набирать скорость близко к земле, а затем подниматься, когда у них будет достаточно скорости полета. Вертикальные или высокие взлеты выглядят хорошо и доставляют удовольствие, но их следует использовать только в случае крайней необходимости — когда есть выбор между уклонением от кривой или, возможно, нахождением на деревьях или других препятствиях.
К счастью, у меня еще никогда не было настоящего отказа двигателя, но если я буду летать достаточно долго, велика вероятность, что когда-нибудь это произойдет. Если и когда это произойдет, вся практика, надеюсь, сослужит мне хорошую службу — и я не только уйду, но и смогу снова использовать вертолет после этого!
) из альбома Вийяра д’Оннекура
Поиск источника вечного движения – одно из самых глубоких заблуждений человека».
д.
А еще есть несколько концепций такого двигателя. Давайте разберемся с некоторыми из них.
А самое главное, у него должен быть КПД более 100%. То есть количество выдаваемой им энергии должно быть больше, чем та, которую он потребляет для работы. Это вечный двигатель первого рода.
Вот он!
Их пытались применить где угодно, а Майкл Брэди даже сделал двигатель, который запатентовал, хоть и не как вечный.
Конструкция выглядит перспективной из-за того, что жидкость на одной стороне колеса всегда будет находиться дальше от его центра.
Выработать в результате движения больше энергии, чем затрачено на приведение системы в движение, просто невозможно.
Ему удалось создать проект вертолета, работающего по принципу бумеранга, однако его работы по вечному двигателю успехом не увенчались. Впрочем, в процессе работы ему удалось найти конструктивные решения для некоторых своих изобретений.
Сейчас ученые под руководством заведующего Лабораторией физики квантовых информационных технологий МФТИ Гордея Лесовика занимаются воплощением этой идеи на практике.
Примером может служить сам Дени Папин (1647-1714 гг.) — изобретатель не только «папинова котла» и предохранительного клапана, но и центробежного насоса, а главное — первых паровых машин с цилиндром и поршнем.
1). Поскольку в широкой части сосуда вес воды больше, его сила должна превосходить силу веса узкого столба воды в тонкой трубе С. Поэтому вода будет постоянно сливаться из конца тонкой трубки в широкий сосуд. Остается только подставить под струю водяное колесо и вечный двигатель готов!
Если же продолжить разговор о Папине, то непонятно и другое. Мало того, что он не учитывает уже известные законы гидравлики. Ведь в это время он был на должности «временного куратора опытов» при Лондонском королевском обществе.
Вероятно, это была первая попытка применить идею вечного двигателя с практической целью (рисунок ниже слева):
Тогда, по завершению большого числа тестов и официальных инспекций, был сделан вывод о подлинности изобретения.
Как и изобретение Кокса, часы работают от изменений в окружающей среде, их не нужно заводить вручную, порой на протяжении многих лет:
Уже были сконструированы рабочие модели, которые, правда, показали переменчивые результаты, но теория признана заслуживающей внимания и испытания продолжаются:
Вечный двигатель
Но до сих пор на научных конференциях в России и других странах с завидным постоянством звучат идеи об извлечении энергии из вакуума, пульсирующих полях (которые исключают часть отрицательной работы в замкнутом контуре), преобразованиях энергии при изменениях внутренней структуры пространства-времени, о так называемой «свободной энергии».
В первых двух частях мы говорили о трансплатнации органов, телемедицине, сельском хозяйстве и телескопах. Сегодня речь пойдёт о броне, морском транспорте, навигации и сне.
Поэтому в годы жизни Роберта Бойля остро стоял вопрос о создании доспехов, защищающих от пищалей и прочих аркебуз: тяжелый мушкет в 17 веке мог пробить кирасу. До 1950-х годов бронежилеты были больше похожи на доспехи, а во время войны в Корее армия США начала использовать защиту из нескольких слоёв капрона или баллистического нейлона. В 1980 и США, и СССР выпустили бронежилеты из кевлара. Сейчас есть огромное количество бронежилетов различных модификаций, в том числе для скрытого ношения.
В прошлый раз мы рассмотрели первые шесть пунктов — вторую молодость, трансплантацию органов, телемедицину, искусство полета. Сегодня поговорим о нашем росте, томато-картофеле и зеркалах для телескопов.
Часть 1
googleapis.com/ajax/libs/jquery/3.4.1/jquery.min.js
Бойль Роберт много путешествовал. В 12 лет с братом они пустились в странствие по Европе, продлившееся 6 лет. Ученый вернулся, только узнав о смерти отца.
Герике и хотел повторить его опыты, что вскоре и сделал. Он не только построил воздушный насос, но и открыл один из фундаментальных физических законов, согласно которому, изменение объема газообразного вещества находится в обратной пропорциональной зависимости от давления.
По замыслу ученого, если длина капилляра небольшая, то поднимающаяся по нему жидкость будет выливаться обратно в сосуд, расположенный внизу.
Он изучал количественные результаты обжига различных металлов, горения и так далее. 1663 год стал годом первого в истории науки применения индикаторов с целью определения щелочей и кислот. Бойль также получил фосфор в результате своих независимых экспериментов. Ученый описывал свойства нового вещества, указывая на его способность светиться, растворимость, запах и цвет.
— Прим. переводчика.
Провел целый ряд новаторских химических экспериментов, включая эксперименты по детальному изучению свойств кислот и оснований. По некоторым данным, первым выдвинул гипотезу о существовании химических элементов. Доказал, что воздух необходим для горения и дыхания. Помимо занятий наукой был соучредителем и членом-пайщиком «Восточно-индийской компании» и активно занимался миссионерской деятельностью в надежде обратить в христианство жителей восточных колоний Британской империи.
4/3
Роберт Бойл (значения) .
Также
Друг его отца, сэр Генри Уоттон, был тогда ректором колледжа.
Затем Роберт поселился в Сталбридж-Хаус между 1644 и 1652 годами и основал лабораторию, где проводил множество экспериментов. С того времени Роберт посвятил свою жизнь научным исследованиям и вскоре занял видное место в группе исследователей, известной как « Невидимый колледж », которые посвятили себя культивированию «новой философии». Они часто встречались в Лондоне, часто в Грешем-колледже, а некоторые из членов также встречались в Оксфорде .
Первоначально эту гипотезу сформулировал Генри Пауэр в 1661 году. Бойль в 1662 году включил ссылку на статью, написанную Пауэром, но ошибочно приписал ее Ричарду Таунли . В континентальной Европе эту гипотезу иногда приписывают Эдме Мариотту, хотя он не публиковал ее до 1676 года и, вероятно, знал о работе Бойля в то время.
д. «. Все, кроме нескольких из 24, сбылись.
На досуге, полученном таким образом, он хотел «набраться духа, разбросать свои бумаги» и подготовить некоторые важные химические исследования, которые он предлагал оставить «как своего рода герметическое наследие для прилежных последователей этого искусства», но которые он сделал. не раскрывать природу. В 1691 году его здоровье еще больше ухудшилось, и он умер 31 декабря того же года, всего через неделю после смерти своей сестры Катерины, в доме которой он жил и с которой более двадцати лет занимался научной деятельностью. Бойль умер от паралича. Он был похоронен на кладбище Святого Мартина-ин-полей, его похоронную проповедь читал его друг, епископ Гилберт Бернет . В своем завещании Бойль дал серию лекций, которые стали известны как лекции Бойля .
Тем не менее, он не стал признавать себя последователем Бэкона или любого другого учителя.
.. novum genus lampadis à Rob. Бойль … опубликовано в Acta Eruditorum, 1682 г.
Он изучил опубликованные истории о том, как родители родили альбиносов разного цвета, поэтому он пришел к выводу, что Адам и Ева изначально были белыми и что кавказцы могли родить расы разного цвета. Бойль также распространил теории Роберта Гука и Исаака Ньютона о цвете и свете через оптическую проекцию (в физике ) на дискурсы полигенеза, предположив, что, возможно, эти различия были вызваны « оригинальными впечатлениями». Принимая это во внимание, можно было бы подумать, что он представлял себе хорошее объяснение цвета лица в свое время из-за того, что теперь мы знаем, что цвет кожи определяется генами, которые фактически содержатся в сперме . В трудах Бойля упоминается, что в его время для «Европейских глаз» красота измерялась не столько цветом кожи, сколько «ростом, красивой симметрией частей тела и хорошими чертами лица». Различные члены научного сообщества отвергли его взгляды и описали их как «тревожные» или «забавные».
Лекции Бойля ).
Это невозможно в действительности; сифон требует, чтобы его «выход» был ниже, чем «вход».
(Продолжение его работы с воздушной пружиной продемонстрировало, что снижение давления окружающей среды может привести к образованию пузырьков в живой ткани. Это описание гадюки в вакууме было первым зарегистрированным описанием декомпрессионной болезни .)
wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1×1″ alt=»»>
Также
Это историческое утверждение кажется необоснованным, хотя часто повторяется.
Устройство имело наклонную плоскость над шкивами. Вверху и внизу двигалась бесконечная полоса губки, кровать и, опять же, бесконечная полоса тяжелых грузов, соединенных вместе. Все стояло над поверхностью стоячей воды. Конгрив полагал, что его система будет работать непрерывно.
Расследование устройства в конечном итоге обнаружило источник питания, который его приводил в действие.
была опубликована статья о соблазне вечного двигателя.
Это устройство связано с простой магнитной игрушкой сверхъединства (SMOT).
Карр продал акции для этого коммерческого предприятия. Он также продвигал машины с бесплатной энергией . Он утверждал, что его вдохновил, в частности, Никола Тесла .
] Джонсон сказал, что его устройство генерирует движение, вращательное или линейное, только от постоянных магнитов в роторе и статоре, действующих друг против друга. Он подсчитал, что постоянные магниты, сделанные из надлежащих твердых материалов, должны терять менее двух процентов своей намагниченности при питании устройства в течение 18 лет.
Бирден утверждал, что это не нарушает первый закон термодинамики, потому что он извлекает энергию вакуума из ближайшего окружения. Критики отвергают эту теорию и вместо этого идентифицируют ее как вечный двигатель с ненаучным обоснованием. Писатель- ученый Мартин Гарднер сказал, что теории физики Бердена, собранные в самоизданной книге « Энергия из вакуума», считаются физиками «воплями», и что его докторская степень была получена на фабрике дипломов . Затем Берден основал Институт перспективных исследований Alpha Foundation и руководил им для дальнейшего распространения своих теорий. Эта группа опубликовала статьи в авторитетных физических журналах и в книгах, опубликованных ведущими издательствами, но один из аналитиков выразил сожаление по поводу этих публикаций, потому что тексты были «полны заблуждений и недоразумений относительно теории электромагнитного поля ». Когда Бирден получил патент США 6 362 718 в 2002 году, Американское физическое общество выступило против выдачи патента .
Управление по патентам и товарным знакам США заявило, что оно пересмотрит патент и изменит порядок найма экспертов и регулярно будет повторно сертифицировать экспертов, чтобы предотвратить повторную выдачу аналогичных патентов.
Общее приращение скорости за всё время миссии Dawn составит порядка 10 километров в секунду.
И если вы собираетесь не просто по инерции лететь до далёких небесных тел, но и активно маневрировать близ них, то без таких двигателей не обойтись.
Правда, речь идёт о базах на Луне и Марсе, а не о кораблях. Но масса реактора не так уж высока — всего пять тонн, при размерах в 3×3×7 м…
Но что же такое ионный двигатель, и как именно он используется в космосе? Обычные ракетные двигатели сжигают газ, который выпускается из сопла под высоким давлением, что вызывает мощную реактивную тягу, толкающую корабль вперед. У ионного двигателя инертный газ (ксенон, аргон) не сжигают, а ионизируют, а испускаемые им ионы разгоняют до высоких скоростей в сильном электрическом поле. Таким образом, ионы выстреливают из двигателя со скоростью до 150000 км в час.
В данный момент космический аппарат DAWN находится в поясе астероидов между и Юпитером.
Эти новые двигатели снизят стоимость космических миссий и продлят время их работы, а также будут обладать более высокой мощностью.
В ней он описывал концепцию принципиально нового космического двигателя.
В результате попадания ионов между сетками, они разгоняются и выбрасываются в пространство, ускоряя корабль, согласно третьему закону Ньютона.
Но в космосе, где нет практически никаких сопротивлений, ионный двигатель при длительном разгоне может достигнуть значительных скоростей. Общее приращение скорости за всё время миссии Dawn составит порядка 10 километров в секунду.
/мин.
Примем массу космического аппарата равной 100 кг.
-16 Кл
И если ракету еще можно оторвать от земли, заправив её огромным количеством топлива, на космодроме, то в открытом космосе заправляться попросту негде и нечем. А ведь после выхода на орбиту нужно двигаться дальше. А топлива нет.
Это делается по двум причинам:
И хотя все разновидности так называемых электроракетных двигателей сильно уступают химическим в максимальной тяге (граммы против килограммов и тонн), зато кардинально превосходят их в экономичности (расходе топлива на каждый грамм тяги за секунду). А эта экономичность (удельный импульс) прямо пропорционально зависит от скорости выбрасываемой реактивной струи.
NASA, Wikimedia Commons.)
В конце концов, такой большой поток ионов, проходящий через двигатель (а это ключевое препятствие), вызовет его эрозию, и значительно быстрее, чем за десять месяцев или полтора года. Причём это не проблема выбора конструкционного материала — благо разрушаться в таких условиях будут и титан, и алмаз, — а неотъемлемая часть конструкции ионного двигателя per se.
Поделитесь с СР любой идеей. Ждем ваших сообщений!
К примеру, американская компания Planet Labs запустила уже больше 100 космических аппаратов, оборудованных телескопом, камерой и ПО для съемки поверхности Земли с разрешением 3–5 м. Проблема таких аппаратов в том, что их запускают на орбиту, просто выбрасывая десятками из ракеты в одном месте. Для качественной съемки нужно распределить спутники по орбите равномерно, а значит, необходимо изменить их скорость вращения вокруг Земли. В Planet Labs для этого используют установленные на спутнике раскрывающиеся панели: поворачивают их либо перпендикулярно движению спутника, чтобы значительно замедлить его движение, либо параллельно, если нужно немного его замедлить. Метод хорош, но не идеален: из-за замедления спутники часто теряют высоту и, постепенно сходя с орбиты, сгорают в атмосфере. Тогда приходится снова запускать несколько десятков спутников на замену.
Масса у 1U не более 1,33 кг. Часто объединяют несколько стандартных кубов в составе одного спутника (обозначаются 2U, 3U и т. д.). Количество зависит от размера и массы оборудования, которое необходимо разместить на спутнике. Так, для съемки поверхности Земли с орбиты достаточно 3U, а отправившаяся на Марс миссия Mars Cube One состояла из двух спутников CubeSat 6U — слишком много оборудования потребовалось для такого дальнего полета.
Двигатель выходит из строя.
д. Если все пройдет гладко, то наладим серийный выпуск двигателей.
[1]
При этом, благодаря высокому отношению заряда к массе, становится возможным разогнать ионы до очень высоких скоростей (вплоть до 210 км/с[2] по сравнению с 3—4,5 км/с у химических ракетных двигателей). Таким образом, в ионном двигателе можно достичь очень большого удельного импульса. Это позволяет значительно уменьшить расход реактивной массы ионизированного газа по сравнению с расходом реактивной массы в химических ракетах, но требует больших затрат энергии.
Таким образом достигается тяга.
В результате попадания ионов между сетками, они разгоняются и выбрасываются в пространство, ускоряя корабль, согласно третьему закону Ньютона. Электроны, пойманные в катодную трубку выбрасываются из двигателя под небольшим углом к соплу и потоку ионов. Это делается по двум причинам:
Проведенные нами эксперименты показали устойчивое горение плазмы даже в условиях глубокого вакуума.
Например, чтобы спутник пробыл на орбите высотой около 200 км один год, требуется масса топлива, сравнимая с тяжестью самого спутника. То есть вес аппарата перед запуском практически удваивается, и запуск становится значительно дороже. А когда топливо будет израсходовано, спутник перестанет работать. По этой причине, например, все спутники системы Starlink Илона Маска планируется использовать на высотах существенно больше 300 км.
Такого двигателя еще не было ни в космосе, ни на земле, ни у нас, ни у американцев. Изобретение может иметь огромное коммерческое значение, поскольку позволит сохранить на орбите спутники, погибающие вместе с исчерпанием топливного ресурса.
Предупреждая естественные вопросы, скажем сразу, что Бихман не одержимый изобретатель-одиночка и не случайный человек в области космической техники. Управление космическими аппаратами является его основной специальностью. 
Тяга у такого двигателя небольшая, но в космосе большего и не требуется. Для изменения орбиты спутника достаточно очень маленькой тяги, лишь бы двигатель мог ее создавать в течение длительного времени — порядка часов и суток. 
Напротив, она до сих пор вызывает большие сомнения, ведь в учебниках написано, что замкнутый контур в магнитном поле силу создать не может. А раз «не может», то и двигателя никакого быть не может и, следовательно, говорить не о чем. Кроме того, уж больно простой получается двигатель — моток проволоки, половина которого упрятана в непрозрачную для магнитного поля трубку. И все. Если бы все было так просто, почему бы кому-нибудь другому не изобрести подобное раньше, говорят скептики. 
А сейчас это серийные двигатели, и они летают в космосе уже тридцать лет». 
Время непрерывной работы такого традиционного двигателя — всего несколько месяцев. 
Загрязнение воздуха выступает причиной каждой девятой смерти в мире и признано одним из крупнейших вызовов в области здравоохранения и окружающей среды. В ряде развитых стран принимаются активные меры по постепенному переводу транспорта с ДВС и расширению использования альтернативных источников топлива. Так, Германия приняла закон о запрете продажи новых автомобилей с ДВС с 2030 г. Страна планирует к 2050 г. сократить автомобильные выхлопы до нуля. Аналогичные инициативы обсуждаются в других странах ЕС, США, Индии. 
Соединение водорода с кислородом обычно происходит внутри пористой полимерной мембраны. 
)
достигнет объем глобального рынка ДМЭ (среднегодовые темпы роста 16-19% в 2015-2020 гг.)
03.18, 19:36
Новые модификации, которым топливо не нужно, смогут
ФОТО
СПРАВКА
Конструкция устройств у разных производителей идет под разными аббревиатурами. Mitsubishi (а также KIA и Hyndai) дали название GDI, Volkswagen – FSI, Ford – Ecoboost, Toyota – 4D, Mercedes, BMW и некоторые другие скрывают понятие «непосредственный впрыск» в индексе двигателя. При таких системах подачи топливные форсунки вставлены в головку блока цилиндров, и распыление происходит сразу в каждую камеру сгорания, минуя впускной коллектор и впускные клапана. Топливо подается под большим давлением в цилиндр, чему способствует топливный насос высокого давления (ТНВД).
Это сложная система механизмов и электронных блоков по характеру и звукам в работе, напоминающим дизель.
Блок управления через датчики, раскиданные по системе, оперативно реагирует на малейшие изменения поведения автомобиля и подстраивает работу топливной системы под необходимые требования водителя.
Это достигается за счет многослойного смесеобразования, которое обеспечивает более полное сгорание смеси, что дополнительно влияет на мощность двигателя.
Как мы уже писали выше, качество топлива будет играть основную роль. Понятно, что без лабораторных исследований судить о качестве этой составляющей невозможно, поэтому в качестве профилактических мер и защиты топливной системы от возникающих проблем могут помочь топливные присадки.
Уже представлены автомобили с моторами T-GDI, но это уже другой рассказ.
По способу осуществления рабочего цикла двигатели разделяются на:двухтактные и четырехтактные.
Второе, что нам нужно это источник тепла: огонь или искра. Если еще дровишек подкинете, то будет замечательный костер, который мы так любим делать, на пикнике.
Нехватка бензина может раздражать, но, что еще хуже, это может привести к серьезному повреждению вашего автомобиля.
Почти сотня компаний, занимающихся производством автомобилей, закупила лицензии на выпуск этого мотора. Треть лицензий оказалась в Японии.
Сам ротор выполнен обязательно из легированной стали и имеет, как и говорилось выше, форму треугольника.
Здесь смесь сжимается и воспламеняется при помощи двух свечей.
А в частности, это объясняется недостаточно хорошим контактом самого ротора со стенками цилиндра. При трении со стенками цилиндра металл ротора нагревается и в результате этого расширяется. И сам овальный цилиндр тоже нагревается, и того хуже — нагревание происходит неравномерно.
Функционирование двигателя состоит из четырех повторяющихся циклов, а именно:
Далее давление в камере и количество газов продолжают расти. В этот момент происходит перемещение ротора и создание крутящего момента. Так продолжается до тех пор, пока механизм не пройдет выхлопной отсек.
Меньше деталей — меньше поломок;
Вред для экологии усиливается;
Его значение составляет 40 – 45%. Для сравнения, у поршневых двигателей внутреннего сгорания КПД составляет 25%, у современных турбодизелей – около 40%. Самый высокий КПД у поршневых дизельных двигателей составляет 50%. До настоящего времени ученые продолжают работу по изысканию резервов для повышения КПД двигателей.
У них есть для этого высокая мощность, большое количество оборотов. Немаловажно, что машины на нем очень легкие относительно других, так как двигатель меньше и легче. Ресурс двигателя для гонок — не самый важный показатель, как и прожорливость. Но в обычной жизни нельзя этого не учитывать.
ru/dvigatel-vankelya/
