Содержание
Ракетные двигатели В.П.Глушко | КПИ им. Игоря Сикорского
В.П.Глушко — основатель советского жидкостного ракетодвигателестроения. Но его первый ракетный двигатель был электрореактивный (ЭРД). Тяга в нем возникала благодаря мгновенному испарению тонких полосок металла при нагревании их электрическим током. Скорость истечения газов из таких двигателей на порядок выше, чем в двигателях с химическим топливом. В 1929-1930 годах работая в Газодинамической лаборатории (ГДЛ), В.П.Глушко изготовил опытные образцы ЭРД, провел испытания и доказал их работоспособность. Но из-за малой мощности ЭРД ученый стал работать над разработкой жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).
Характеристики ракетного двигателя в наибольшей степени определяются характеристиками компонентов ракетного топлива (КРП), которое в нем применяется. В 1930 г. В.П.Глушко исследовал такие окислители, как азотная кислота, растворы тетроксид азота в азотной кислоте, тетранитрометан, перекись водорода, хлорная кислота.
В 1931 г. предложил химическое зажигание и самовоспламеняющееся топливо.
Валентин Петрович сам готовил необходимые смеси, отрабатывал технологию их изготовления и только потом передавал в лабораторию для изготовления и испытаний. Создавая конструкции ЖРД, В.П.Глушко разрабатывал агрегаты для подачи топлива различных типов — поршневые, турбонасосные и др. Многочисленные исследования многих пар КРП дали Глушко возможность сформулировать требования к ним. Исходя из требуемой эффективности ЖРД и эксплуатационных требований, он остановился на паре азотная кислота — керосин. Именно эта пара использовалась в его исследовательских ракетных двигателях (ОРМ-И — ОРМ-65).
Двигатели такого же типа он создавал во время войны для реактивных ускорителей самолетов. Это были РД-1 и другие. Для первой советской ракеты дальнего действия Р-1 (аналог Фау-2), ракет Р-2, Р-5 В.П.Глушко разрабатывает кислородно-спиртовые двигатели РД-100, РД-101, РД-103М с тягой на земле, соответственно — 26, 37, 44 тс).
А для первой космической ракеты-носителя Р-7 были разработаны кислородно-керосиновые двигатели РД-107 и РД-108 (тяга на земле (в пустоте), соответственно 83/102 и 76/96 тс). Подвергнув модернизации, эти двигатели работают до сих пор …
Но процесс горения в таких двигателях был недостаточно устойчивым. Кроме того, очень сложно хранить жидкий кислород. Поэтому, разрабатывая ЖРД для боевых ракет, В.П.Глушко вновь возвращается к использованию азотистого окислителя (азотный тетроксид), а в качестве топлива — несимметричного диметилгидразина. Ракеты с такими двигателями могли храниться годами в заправленном состоянии. Вооруженные силы получили действительно боевые ракеты, пригодные для многолетнего дежурства в готовности к немедленному пуску. Но для космических ракет были необходимы мощные двигатели. В азотно-кислотных двигателях РД-253 (тяга 150/166 тс) ракеты «Протон» для повышения мощности В.П.Глушко ввел дожигание газа-окислителя. Впоследствии введение этого же процесса в кислородно-керосиновых двигателях повысило не только их мощность, но и стабильность работы.
На этом принципе был создан самый мощный в мире кислородно-керосиновый двигатель РД-170 с тягой 740/806 тс для ракет «Зенит» и «Энергия».
Конечно, усовершенствование ЖРД в КБ В.П.Глушка происходило не только за счет совершенствования ракетных топлив и процесса сгорания. Было обосновано и внедрено немало конструктивных наработок, в том числе — по форме и профилю сопла, охлаждения камеры сгорания, конструкции форсунок и т. Д.
Основана В.П.Глушко школа строительства ракетных двигателей и до сих пор не утратила своих позиций мирового лидера, а созданные в НПО «Энергомаш» им. В.П.Глушка двигатели США покупают для своих ракет «Атлас».
Авіація — космонавтика
Киевский политехник
Глушко В.П.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
в составе разгонного блока ДМ.9 причин, по которым F-35 нужен новый двигатель Комплекс на базе ВВС Тинкер, штат Оклахома, 25 мая 2021 г.
(фото ВВС США, сделанное старшим сержантом Томасом Барли) Возможности реактивных самолетов поколения и спрос на них рискуют превзойти двигатель, который в настоящее время используется в самолете. В то время как производитель оригинальных двигателей Pratt & Whitney предложил относительно доступную модернизацию, в статье ниже Джон Венейбл из Фонда наследия, бывший летчик-истребитель, утверждает, что ВВС должны вместо этого нацелиться на победителя следующего- Конкуренция двигателей поколения между Pratt и General Electric.
Двигатели истребителей — невероятно сложные машины. Мы можем думать о них как о вещах, которые просто производят тягу, но каждый двигатель рождается с неизгладимыми чертами и функциями, кульминацией которых является успех истребителя, который он приводит в действие. Тяга находится в верхней части списка, но потребность двигателя в топливе, его способность обеспечивать охлаждение и электроэнергию для компонентов системы, а также его долговечность определяют парадигмы производительности для системы вооружения.
После развертывания увеличение спроса на эти возможности в конечном итоге становится игрой с нулевой суммой, где удовлетворение спроса в одной области достигается за счет других. В совокупности требования к системе вооружения F-35 в настоящее время превышают возможности его силовой установки F135. Итак, прямо сейчас ВВС взвешивают два варианта: провести поэтапную модернизацию текущего двигателя F135 или перейти к новой рекордной программе, выбрав победителя из двух конкурентов в программе Adaptive Engine Transition Program.
Есть как минимум девять причин, по которым ВВС следует отказаться от модернизации текущего двигателя и перейти к приобретению победителя AETP, если они хотят получить максимальную отдачу от своих будущих F-35.
1. F-35 нужно больше тяги.
Конструкция двигателя Pratt and Whitney F135 для F-35 была разработана с учетом концептуальных размеров, веса и требований к характеристикам Joint Strike Fighter (JSF). Каждый из трех самолетов теперь на 13 процентов длиннее, имеет размах крыла более чем на 16 процентов и как минимум на 30 процентов тяжелее, чем их первоначальные конструкции JSF.
Это поставило под угрозу ключевые параметры производительности, такие как ускорение. Быстрый отрыв от боя может означать жизнь или смерть для пилота, а дополнительный обхват JSF в сочетании с его двигателем означает, что F-35A, F-35B и F-35C требуют больше времени — 8 секунд, 16 секунд и 43 секунды соответственно — для разгона с 0,8 Маха до 1,2 Маха. Самолету нужна большая тяга, чем может обеспечить F135.
2. F-35 нужно больше дальности полета.
При проектировании JSF приоритетом было значительное увеличение боевого радиуса истребителя, или дальности полета самолета от взлета до цели, а затем возвращения домой. К сожалению, увеличенные размеры и вес самолета в сочетании с повышенными требованиями к охлаждению самолета уменьшили боевой радиус всех трех вариантов примерно на 15 процентов ниже целей программы. F-35 нужен более мощный и экономичный двигатель.
3. Требования к охлаждению системы уже превышают проектные спецификации F135.
Как и электричество, потребность в охлаждении подсистемы измеряется в киловаттах.
F135 был разработан для удовлетворения потребности в охлаждении в 15 киловатт, но эта потребность уже удвоилась до примерно 30 киловатт. Охлаждающий воздух образуется главным образом за счет отвода отбираемого от двигателя воздуха и прохождения его через теплообменники. F135 удовлетворяет потребность в 30 киловаттах за счет отвода большего количества воздуха от двигателя, что еще больше снижает тягу. К тому времени, когда версия Block 4 F-35 будет полностью введена в эксплуатацию в 2028 году, подсистемам самолета потребуется минимум 47 киловатт охлаждения, а количество, необходимое для удовлетворения последующих потребностей, может достигать 60 киловатт. Силовая установка F-35 должна будет обеспечивать в два раза больше охлаждения, чем двигатель F135.
4. Перегруженный двигатель F-35 стареет намного быстрее, чем ожидалось.
Более высокие требования к охлаждению для более высокого уровня отвода воздуха — вот где игра с нулевой суммой поднимает свою уродливую голову с этим двигателем.
По мере того, как для охлаждения подается больше отбираемого воздуха, двигатель сжигает больше топлива и нагревается сильнее, чем предполагалось. Более высокий коэффициент сгорания топлива снижает дальность полета F-35, а более высокие температуры уже привели к заметно более высокому износу двигателя, частоте отказов и ремонтным циклам F135.
5. Двигатель F135 не будет соответствовать будущим требованиям к электроэнергии.
Как и требования к тяге, дальности и охлаждению, спецификация генерации напряжения, которая была разработана в JSF, была полностью достаточной для подсистем, предусмотренных в 2001 году. Однако производительность и тактический эффективный диапазон подсистем, таких как новый радар APG-85 [PDF] и усовершенствованные системы радиоэлектронной борьбы, которые будут поставляться с F-35 Block 4, потребуют больше электроэнергии. Добавьте улучшения, которые находятся на горизонте, такие как направленное энергетическое оружие, и вы начнете останавливать напряжение.
Управление совместной программы F-35 уже определило эту проблему и указало на необходимость двигателя, который может производить больше киловаттной мощности.
6. Дополнительные усовершенствования движка решат только часть проблемы.
Компания Pratt предложила поэтапную масштабируемую модернизацию двигателя под названием «Программа Enhanced Engine Program» (EEP), которая может увеличить тягу на 6–10 % или топливную экономичность на 5–6 %. Pratt ранее заявлял, что он может увеличить тягу на 15 процентов и топливную экономичность на целых 20 процентов за одну и ту же модернизацию. Это также может обеспечить до 50 процентов увеличения охлаждающей способности. Первоначальная стоимость EEP, действительно, по прогнозам, будет намного ниже, чем покупка нового двигателя, но прогнозируемая прибыль останется приблизительной до тех пор, пока модернизированный двигатель не будет оплачен и не будет введен в эксплуатацию, и, даже если они окупятся, все равно не окупятся в будущем.
Требования к системе вооружения F-35.
7. Двигатель AETP проверен, превосходит текущие требования и позволит в будущем модернизировать F-35.
Цели программы адаптивных испытаний двигателей заключались в проверке трехпоточной архитектуры, которая повышает эффективность использования топлива двигателем на 25 процентов, увеличивает тягу на 10 процентов и значительно улучшает терморегулирование (охлаждение). Pratt и General Electric (GE) были выбраны для создания прототипов AETP. В то время как Pratt XA101 все еще находится в стадии разработки, GE XA100 завершил испытания и доказал, что он увеличивает топливную экономичность на 25 процентов (что позволяет увеличить дальность полета на 30 процентов) и увеличивает тягу на 10–20 процентов (обеспечивая ускорение на 20 процентов больше, чем у F135). XA100 обеспечивает вдвое большую охлаждающую способность, а его лопасти турбины из композитного материала с керамической матрицей могут выдерживать 500 градусов по Фаренгейту — больше тепла, чем двигатель F135.
XA101 компании Pratt также подает большие надежды, и есть все основания полагать, что по окончании его испытаний у ВВС будет два отличных варианта двигателя следующего поколения. Хотя разработка технологии AETP была необходима для семейства систем Next Generation Air Dominance (NGAD), она также будет поддерживать каждую модернизацию Block 4, которая в настоящее время предусмотрена для F-35, и эта система вооружения отчаянно нуждается в конкуренции.
8. Конкуренция со следующим двигателем для F-35 повысит производительность и снизит затраты.
Конкуренция отсутствует в программе двигателей JSF с тех пор, как второй двигатель JSF, F136 GE, был отменен в 2011 году. компании конкурировать по цене. При этом F135 был единственной крупной подсистемой F-35, которая не смогла сократить затраты на приобретение для достижения целей программы системы вооружения, что сделало снижение стоимости F-35A ниже цели в 80 миллионов долларов намного более сложной задачей.
Конкуренция Pratt и GE бок о бок за будущие контракты на двигатели заставит обе компании максимизировать производительность и минимизировать стоимость своих двигателей.
9. Доказанная эффективность, следовательно, цена должна стать определяющим фактором для будущего двигателя F-35.
Смета затрат на поступивший на вооружение двигатель AETP обычно превышает 6 миллиардов долларов. Если бы стоимость была основным фактором, цена EEP в размере 2 миллиардов долларов была бы бесспорно выигрышной — по крайней мере, на первый взгляд. Но EEP — это комплексный подход к решению фундаментальных проблем силовой установки F-35, и для достижения успеха эта «помощь» должна со временем расти. Выбор EEP означал бы отказ от этих дополнительных затрат, а поэтапный характер этих модернизаций скорее ограничит возможности системы вооружения F-35, чем продвинет их вперед. Это означало бы игнорирование проблем с характеристиками, которые заставили конкуренцию вернуться к закупкам двигателей для истребителей в 1919 году.
70-е годы. По замыслу программа AETP должна была оживить конкуренцию и улучшить траекторию полета F-35 в обозримом будущем.
В то время, когда противники США, вероятно, будут в меньшинстве, особенно в боях в Индо-Тихоокеанском регионе, важно, чтобы у наших авиаторов были лучшие истребители, которые Америка может предоставить. Воздушный бой неумолим, когда дело доходит до второго лучшего. Установка одного из двигателей AETP на F-35, безусловно, лучший выбор для национальной безопасности США.
Дж. В. Венейбл, ветеран ВВС США с 25-летним стажем, является старшим научным сотрудником Центра национальной обороны Фонда наследия.
Повышение производительности двигателя F1 2022 стоит рисков надежности
Послушать эту статью
У команды было больше проблем с надежностью, чем у большинства соперников, что стоило ей ценного места в борьбе с McLaren за четвертое место в чемпионате мира. В настоящее время Alpine опережает ее всего на семь очков.
В Мексике Фернандо Алонсо потерял седьмое место на последних кругах из-за проблемы с цилиндром, которая вынудила его остановиться.
Сафнауэр настаивает на том, что проблемы в основном возникли из-за общего стремления к повышению производительности силового агрегата и что их можно решить за зиму.
«Мы не должны забывать, что в начале года мы отправились в путь — и это было до того, как я был здесь, но я думаю, что это было правильное решение со стороны трансмиссии — ошибиться в сторону производительности», — он сказал сказал.
«Потому что трансмиссия должна была замерзнуть. Поэтому мы приняли сознательное решение расширить границы производительности и устранить проблемы с надежностью по мере их появления, потому что FIA это разрешает. Так что это было сознательное и стратегическое решение».0003
«И теперь, когда мы сталкиваемся с ними, мы можем их исправить. Мы не делали этого намеренно, чтобы не быть надежными. Но если вам приходится ошибаться с этой стороны, вы расширяете границы производительности, потому что вы не можете добавить производительность сейчас до 2026 года, вы можете решить проблемы с надежностью
«И мы можем сделать это за зиму.
Так что стратегически, я думаю, это был правильный поступок. И у нас осталось еще две гонки, чтобы финишировать четвертыми. Я думаю, мы сможем это сделать».
На вопрос Motorsport.com, было ли ему неприятно терять ценные очки в Мексике, он сказал: «Я расскажу вам о своем разочаровании после Абу-Даби! Наверняка вы хотите набрать больше очков».
Фернандо Алонсо, команда Alpine F1, вылезает из машины после схода с гонки
Фото: Carl Bingham / Motorsport Images
Сафнауэр признал, что не имеет значения, с каким отрывом Alpine побеждает McLaren, пока команда может оставаться впереди.
«Нет, не сейчас. А потом за зиму мы еще больше улучшим надежность. Вы не можете улучшить производительность, она такая, какая есть. И нам будет лучше.
» Но мы должны помнить, что эта трансмиссия должна работать до 2026 года. Так что, безусловно, это была правильная стратегия.
«Я думаю, что мы идем по правильному пути. Посмотрим, что принесет нам следующий год.