Американская компания General Electric завершила начальные испытания прототипа реактивного двигателя изменяемого цикла с адаптивной технологией (ADVENT), сообщает Flightglobal. По данным компании, двигатель достиг высоких значений температур в зоне компрессора и турбины, которые «являются рекордными в истории авиации». В течение 2013 года General Electric также намерена начать масштабные испытания прототипа новой силовой установки.
В новом двигателе американская компания намерена использовать новые легкие и жаропрочные керамические матричные композиты. Кроме того, General Electric удалось получить важные наработки в ходе разработки адаптивного каскада низкого давления для перспективного двигателя ADVENT. Предполагается, что благодаря новым технологиям новый авиадвигатель будет на 25 процентов экономичнее обычных силовых установок .
По предварительным расчетам, ADVENT также будет отличаться увеличенным на 30 процентов диапазоном рабочих режимов и тягой, на 5–10 процентов превосходящей тягу обычных двигателей с фиксированным циклом работы. Начальное проектирование нового двигателя завершилось 8 февраля 2013 года. На ноябрь 2014 года запланирована защита эскизного проекта силовой установки, а все работы планируется завершить до конца 2016 года.
Прототип двигателя на испытательном стенде. Фото с сайта businesswire.com
Все технологии, полученные в ходе разработки ADVENT, будут использованы в перспективных двигателях AETD для боевых самолетов, в разработке которых заинтересованы ВВС США. Новая силовая установка должна уметь переключаться между разными режимами полета ─ сверхзвуковым и дозвуковым. Существующие сегодня двигатели способны работать только в одном из этих режимов. За счет возможности переключения двигателя между режимами и будет достигаться топливная эффективность.
Особенностью нового двигателя станет использование третьего воздушного контура. При взлете и полете на максимальной скорости третий контур будет закрываться, чтобы двигатель мог поддерживать максимальный уровень тяги. При полете на крейсерской дозвуковой скорости третий воздушный контур будет открыт, что позволит несколько увеличить тягу двигателя и снизить потребление топлива.
Разработку технологий реактивного двигателя изменяемого цикла ВВС США заказали у компании General Electric в сентябре 2012 года. Тогда сообщалось, что рабочий прототип нового двигателя будет создан к 2017 году, а его установка на боевые самолеты начнется после 2020 года. По предварительной оценке, использование адаптивных двигателей позволит ВВС США экономить до 1,2 миллиарда галлонов топлива в год (4,5 миллиарда литров). Это чуть меньше половины ежегодного потребления топлива американскими ВВС.
Реактивный двигатель изменяемого цикла с адаптивной технологией (ADVENT)
Керамические матричные композиты
Реактивные самолеты - самые мощные и современные воздушные суда XX века. Их принципиальное отличие от других состоит в том, что они приводятся в движение с помощью воздушно-реактивного или реактивного двигателя. В настоящее время они составляют основу современной авиации, как гражданской, так и военной.
История реактивных самолетов
Реактивные самолеты впервые в истории авиации попытался создать румынский конструктор Анри Коанда. Это было в самом начале XX века, в 1910 году. Он с помощниками испытал самолет, названный в его честь Coanda-1910, который был оснащен поршневым двигателем вместо всем знакомого винта. Именно он приводил в движение элементарный лопастной компрессор.
Однако многие сомневаются, что именно это был первый реактивный самолет. После окончания Второй мировой войны Коанда говорил, что созданный им образец был мотокомпрессорным воздушно-реактивным двигателем, противореча сам себе. В своих первоначальных публикациях и патентных заявках он ничего подобного не утверждал.
На фотоснимках румынского самолета видно, что двигатель располагается возле деревянного фюзеляжа, поэтому при сжигании топлива пилот и самолет были бы уничтожены образовавшемся пожаром.
Сам Коанда утверждал, что огонь действительно уничтожил хвост самолета во время первого полета, однако документальных подтверждений не сохранилось.
Стоит отметить, что в реактивных самолетах, выпускавшихся в 1940 годах, обшивка была цельнометаллической и имела дополнительную тепловую защиту.
Эксперименты с реактивными самолетами
Официально первый реактивный самолет поднялся в воздух 20 июня 1939 года. Именно тогда состоялся первый экспериментальный полет авиасудна, созданного немецкими конструкторами. Чуть позже свои образцы выпустила Япония и страны антигитлеровской коалиции.
Немецкая компания Heinkel начала опыты с реактивными самолетами в 1937 году. Уже через два года модель He-176 совершила свой первый официальный полет. Однако после первых пяти пробных вылетов стало очевидным, что запустить этот образец в серию нет никаких шансов.
Проблемы первых реактивных самолетов
Ошибок немецких конструкторов было несколько. Во-первых, двигатель был выбран жидкостно-реактивный. В нем использовались метанол и перекись водорода. Они выполняли функции горючего и окислителя.
Разработчики предполагали, что эти реактивные самолеты смогут развивать скорость до одной тысячи километров в час. Однако на практике удалось добиться скорости только в 750 километров в час.
Во-вторых, у самолета был непомерный расход топлива. С собой его приходилось брать столько, что авиасудно могло удалиться максимум на 60 километров от аэродрома. После ему требовалась дозаправка. Единственным плюсом, в сравнении с другими ранними моделями, стала быстрая скорость набора высоты. Она составляла 60 метров в секунду. При этом в судьбе этой модели определенную роль сыграли субъективные факторы. Так, она просто-напросто не понравилась Адольфу Гитлеру, который присутствовал на одном из пробных пусков.
Первый серийный образец
Несмотря на неудачу с первым образцом, именно немецким авиаконструкторам удалось раньше всех запустить реактивные самолеты в серийное производство.
На поток был поставлен выпуск модели Me-262. Первый пробный полет этот самолет совершил в 1942 году, в самый разгар Второй мировой войны, когда Германия уже вторглась на территорию Советского Союза. Эта новинка могла существенно повлиять на окончательный исход войны. На вооружение немецкой армии это боевое воздушное судно поступило уже в 1944-м.
Причем выпускался самолет в различных модификациях - и как разведчик, и как штурмовик, и как бомбардировщик, и как истребитель. Всего до конца войны было произведено полторы тысячи таких самолетов.
Эти реактивные военные самолеты отличались завидными техническими характеристиками, по меркам того времени. На них были установлены два турбореактивных двигателя, в наличии имелся 8-ступенчатый осевой компрессор. В отличие от предыдущей модели эта, широко известная как "Мессершмитт", потребляла не так много топлива, имела хорошие летно-технические показатели.
Скорость реактивного самолета достигала 870 километров в час, дальность полета составляла более тысячи километров, максимальная высота - свыше 12 тысяч метров, скорость набора высоты - 50 метров в секунду. Масса пустого воздушного судна была менее 4 тонн, полностью снаряженного достигала 6 тысяч килограммов.
На вооружении "Мессершмиттов" стояли 30-миллиметровые пушки (их было не менее четырех), общая масса ракет и бомб, которые мог перевозить самолет, около полутора тысяч килограммов.
В ходе Второй мировой войны "Мессершмитты" уничтожили 150 самолетов. Потери немецкой авиации составили около 100 воздушных судов. Эксперты отмечают, что количество потерь могло бы быть намного меньше, если бы пилоты были лучше подготовлены к работе на принципиально новом летательном аппарате. К тому же имелись проблемы с двигателем, который быстро изнашивался и был ненадежен.
Японский образец
В годы Второй мировой войны выпустить свой первый самолет с реактивным двигателем стремились практически все противоборствующие страны. Японские авиаинженеры отличились тем, что первыми стали использовать жидкостно-реактивный двигатель в серийном производстве. Он применялся в японском пилотируемом самолете-снаряде, на котором летали камикадзе. С конца 1944 года до конца Второй мировой войны на вооружение японской армии поступило более 800 таких воздушных судов.
Технические характеристики японского реактивного самолета
Так как этот самолет, по сути, был одноразовым - камикадзе сразу на нем разбивались, то и строили его по принципу "дешево и сердито". Носовую часть составлял деревянный планер, при взлете воздушное судно развивало скорость до 650 километров в час. Все за счет трех жидкостно-реактивных двигателей. Ни взлетных двигателей, ни шасси самолету не требовалось. Он обходился без них.
Японский самолет для камикадзе доставлялся до цели бомбардировщиком Ohka, после чего включались жидкостно-реактивные двигатели.
При этом сами японские инженеры и военные отмечали, что эффективность и производительность такой схемы была крайне низка. Сами бомбардировщики легко вычислялись с помощью локаторов, установленных на кораблях, входивших в состав американского военно-морского флота. Происходило это еще до того, как камикадзе успевали настроиться на цель. В конечном счете многие самолеты гибли еще на дальних подступах к конечной цели своего назначения. Причем сбивали как самолеты, в которых сидели камикадзе, так и бомбардировщики, которые их доставляли.
Ответ Великобритании
Со стороны Великобритании во Второй мировой войне принимал участие только один реактивный самолет - это Gloster Meteor. Свой первый боевой вылет он совершил в марте 1943 года.
На вооружение великобританских королевских военно-воздушных сил он поступил в середине 1944 года. Его серийное производство продолжалось до 1955-го. А на вооружении эти самолеты находились вплоть до 70-х годов. Всего с конвейера сошли около трех с половиной тысяч этих воздушных судов. Причем самых различных модификаций.
В период Второй мировой выпускались только две модификации истребителей, затем их количество увеличилось. Причем одна из модификаций была настолько секретной, что на территорию противника они не летали, чтобы в случае крушения не достаться авиационным инженерам врага.
В основном они занимались отражением авиационных атак немецких самолетов. Базировались они под Брюсселем в Бельгии. Однако с февраля 1945 года немецкая авиация забыла об атаках, сконцентрировавшись исключительно на оборонительном потенциале. Поэтому в последний год Второй мировой войны из 200 с лишним самолетов Global Meteor были потеряны только два. Причем это не стало следствием усилий немецких авиатором. Оба самолета столкнулись между собой при заходе на посадку. На аэродроме в то время была сильная облачность.
Технические характеристики британского самолета
Британский самолет Global Meteor обладал завидными техническими характеристиками. Скорость реактивного самолета достигала почти 850 тысяч километров в час. Размах крыла больше 13 метров, взлетная масса около 6 с половиной тысяч килограммов. Взлетал самолет на высоту почти 13 с половиной километров, дальность полета при этом составляла более двух тысяч километров.
На вооружении британского самолета находились четыре 30-миллиметровые пушки, которые обладали высокой эффективностью.
Американцы в числе последних
Среди всех основных участников Второй мировой одними из последних реактивный самолет выпустили военно-воздушные силы США. Американская модель Lockheed F-80 попала на аэродромы Великобритании только в апреле 1945 года. За месяц до капитуляции немецких войск. Поэтому поучаствовать в боевых действиях он практически не успел.
Американцы активно применяли этот самолет через несколько лет во время войны в Корее. Именно в этой стране произошел первый в истории бой между двумя реактивными самолетами. С одной стороны был американский F-80, а с другой советский МиГ-15, который на тот момент был более современным, уже околозвуковым. Советский пилот одержал победу.
Всего на вооружение американской армии поступило более полутора тысяч таких самолетов.
Первый советский реактивный самолет сошел с конвейера в 1941 году. Его выпустили в рекордные сроки. 20 дней ушло на проектирование и еще месяц на производство. Сопло реактивного самолета выполняло функцию защиты его частей от излишнего нагрева.
Первый советский образец представлял собой деревянный планер, к которому были прикреплены жидкостно-реактивные двигатели. Когда началась Великая Отечественная война, все наработки были переброшены на Урал. Там начались экспериментальные вылеты и испытания. По замыслу конструкторов, самолет должен был развивать скорость до 900 километров в час. Однако, как только первый его испытатель Григорий Бахчиванджи приблизился к отметке в 800 километров в час, воздушное судно рухнуло. Летчик-испытатель погиб.
Окончательно доработать советскую модель реактивного самолета удалось только в 1945 году. Зато массовый выпуск начали сразу двух моделей - Як-15 и МиГ-9.
В сравнении технических характеристик двух машин принимал участие сам Иосиф Сталин. В результате было принято решение использовать Як-15, как учебное воздушное судно, а МиГ-9 поступил в распоряжение ВВС. За три года было выпущено более 600 МиГов. Однако вскоре самолет был снят с производства.
Основных причин было две. Разрабатывали его откровенно наспех, постоянно вносили изменения. К тому же сами пилоты относились к нему с подозрением. Чтобы освоить машину, требовалось много усилий, а ошибок в пилотаже допускать было категорически нельзя.
В результате в 1948 году на смену пришел усовершенствованный МиГ-15. Советский реактивный самолет летит со скоростью более 860 километров в час.
Пассажирский самолет
Самый известный реактивный пассажирский самолет, наряду с английским Concorde, - советский ТУ-144. Обе этих модели входили в разряд сверхзвуковых.
Советские самолеты поступили в производство в 1968 году. Звук реактивного самолета с тех пор стал часто раздаваться над советскими аэродромами.
Самый большой в мире реактивный двигатель April 26th, 2016
Тут и так то летаешь с неким опасением, и все время оглядываешься в прошлое, когда самолеты были маленькие и могли запросто планировать при любой неполадке, а тут все больше и больше. В продолжении процесса пополнения копилочки почитаем и посмотрим на такой авиационный двигатель.
Американская компания General Electric в данный момент проводит тестирование самого большого в мире реактивного двигателя. Новинка разрабатывается специально для новых Boeing 777X.
Вот подробности...
Фото 2. 
Реактивный двигатель-рекордсмен получил имя GE9X. С учетом того, что первые Боинги с этим чудом техники поднимутся в небо не ранее 2020 года, компания General Electric может быть уверена в их будущем. Ведь на данный момент общее число заказов на GE9X превышает 700 единиц. А теперь включите калькулятор. Один такой двигатель стоит $29 миллионов. Что касается первых тестов, то они проходят в окрестностях городка Пиблс, штат Огайо, США. Диаметр лопасти GE9X составляет 3,5 метра, а входное отверстие в габаритах равно 5,5 м х 3,7 м. Один двигатель сможет выдавать реактивной тяги на 45,36 тонны.
Фото 3. 
По словам GE, ни один из коммерческих двигателей в мире не имеет такую высокую степень сжатия (степень сжатия 27:1), как GE9X. В конструкции двигателя активно используются композиционные материалы.
Фото 4. 
GE9X компания GE собирается устанавливать на широкофюзеляжный дальнемагистральный самолет Boeing 777X. Компания уже получила заказы от авиакомпаний Emirates, Lufthansa, Etihad Airways, Qatar Airways, Cathay Pacific и других.
Фото 5. 
Сейчас проходят первые испытания полного двигателя GE9X. Испытания начались еще в 2011 году, когда велась проверка компонентов. По словам GE, эта относительно ранняя проверка была проведена с целью получения испытательных данных и запуска процесса сертификации, так как компания планирует установить такие двигатели для летных испытаний уже в 2018 году.
Фото 6. 
Камера сгорания и турбина выдерживают температуры до 1315 °C, что дает возможность более эффективно использовать топливо и снизить его выбросы.
В дополнение GE9X оснащен топливными форсунками, напечатанными на 3D-принтере. Эту сложную систему аэродинамических труб и углублений компания хранит в тайне.
Фото 7. 
На GE9X установлены турбина компрессора низкого давления и редуктор привода агрегатов. Последний приводит в действие насос для подачи горючего, маслонасос, гидравлический насос для системы управления ЛА. В отличие от предыдущего двигателя GE90, у которого было 11 осей и 8 вспомогательных агрегатов, новый GE9X оснащен 10 осями и 9 агрегатами.
Уменьшение количества осей не только снижает вес, но и уменьшает количество деталей и упрощает логистическую цепочку. Второй двигатель GE9X планируется подготовить для проведения испытаний в следующем году
Фото 8. 
В конструкции двигателя GE9X использовано множество деталей и узлов, изготовленных из легковесных и термоустойчивых композитных керамических материалов (ceramic matrix composites, CMC). Эти материалы способны выдерживать огромную температуру и это позволило значительно поднять температуру в камере сгорания двигателя. "Чем большую температуру можно получить в недрах двигателя, тем большую эффективность он демонстрирует" - рассказывает Рик Кеннеди (Rick Kennedy), представитель компании GE Aviation, - "При более высокой температуре происходит более полное сгорание топлива, оно меньше расходуется и уменьшаются выбросы вредных веществ в окружающую среду".
Большое значение при изготовлении некоторых узлов двигателя GE9X сыграли современные технологии трехмерной печати. При их помощи были созданы некоторые детали, включая инжекторы топлива, столь сложной формы, которую невозможно получить путем традиционной механической обработки. "Сложнейшая конфигурация топливных каналов - это тщательно охраняемая нами коммерческая тайна" - рассказывает Рик Кеннеди, - "Благодаря этим каналам топливо распределяется и распыляется в камере сгорания наиболее равномерным способом".
Фото 9. 
Следует отметить, что недавние испытания являются первым разом, когда двигатель GE9X был запущен в его полностью собранном виде. А разработка этого двигателя, сопровождавшаяся стендовыми испытаниями отдельных узлов, производилась в течение нескольких последних лет.
И в заключении следует отметить, что несмотря на то, что двигатель GE9X носит титул самого большого в мире реактивного двигателя, он не является рекордсменом по силе создаваемой им реактивной тяги. Абсолютным рекордсменом по этому показателю является двигатель предыдущего поколения GE90-115B, способный развивать тягу в 57.833 тонны (127 500 фунтов).
Фото 10. 
Фото 11. 
Фото 12. 
Фото 13. 
источники
Ракетные двигатели - одна из вершин технического прогресса. Работающие на пределе материалы, сотни атмосфер, тысячи градусов и сотни тонн тяги - это не может не восхищать. Но разных двигателей много, какие же из них самые лучшие? Чьи инженеры поднимутся на пьедестал почета? Пришло, наконец, время со всей прямотой ответить на этот вопрос.
К сожалению, по внешнему виду двигателя нельзя сказать, насколько он замечательный. Приходится закапываться в скучные цифры характеристик каждого двигателя. Но их много, какую выбрать?
Мощнее
Ну, наверное, чем мощнее двигатель, тем он лучше? Больше ракета, больше грузоподъемность, быстрее начинает двигаться освоение космоса, разве не так? Но если мы посмотрим на лидера в этой области, нас ждет некоторое разочарование. Самая большая тяга из всех двигателей, 1400 тонн, у бокового ускорителя Спейс Шаттла.
Несмотря на всю мощь, твердотопливные ускорители сложно назвать символом технического прогресса, потому что конструктивно они являются всего лишь стальным (или композитным, но это неважно) цилиндром с топливом. Во-вторых, эти ускорители вымерли вместе с шаттлами в 2011 году, что подрывает впечатление их успешности. Да, те, кто следят за новостями о новой американской сверхтяжелой ракете SLS скажут мне, что для нее разрабатываются новые твердотопливные ускорители, тяга которых составит уже 1600 тонн, но, во-первых, полетит эта ракета еще не скоро, не раньше конца 2018 года. А во-вторых, концепция «возьмем больше сегментов с топливом, чтобы тяга была еще больше» является экстенсивным путем развития, при желании, можно поставить еще больше сегментов и получить еще большую тягу, предел тут пока не достигнут, и незаметно, чтобы этот путь вел к техническому совершенству.
Второе место по тяге держит отечественный жидкостной двигатель РД-171М - 793 тонны.
Четыре камеры сгорания - это один двигатель. И человек для масштаба
Казалось бы - вот он, наш герой. Но, если это лучший двигатель, где его успех? Ладно, ракета «Энергия» погибла под обломками развалившегося Советского Союза, а «Зенит» прикончила политика отношений России и Украины. Но почему США покупают у нас не этот замечательный двигатель, а вдвое меньший РД-180? Почему РД-180, начинавшийся как «половинка» РД-170, сейчас выдает больше, чем половину тяги РД-170 - целых 416 тонн? Странно. Непонятно.
Третье и четвертое места по тяге занимают двигатели с ракет, которые больше не летают. Твердотопливному UA1207 (714 тонн), стоявшему на Титане IV, и звезде лунной программы двигателю F-1 (679 тонн) почему-то не помогли дожить до сегодняшнего дня выдающиеся показатели по мощности. Может быть, какой-нибудь другой параметр важнее?
Эффективнее
Какой показатель определяет эффективность двигателя? Если ракетный двигатель сжигает топливо, чтобы разгонять ракету, то, чем эффективнее он это делает, тем меньше топлива нам нужно потратить для того, чтобы долететь до орбиты/Луны/Марса/Альфы Центавра. В баллистике для оценки такой эффективности есть специальный параметр - удельный импульс.Удельный импульс показывает, сколько секунд двигатель может развивать тягу в 1 Ньютон на одном килограмме топлива
Рекордсмены по тяге оказываются, в лучшем случае, в середине списка, если отсортировать его по удельному импульсу, а F-1 с твердотопливными ускорителями оказываются глубоко в хвосте. Казалось бы, вот она, важнейшая характеристика. Но посмотрим на лидеров списка. С показателем 9620 секунд на первом месте располагается малоизвестный электрореактивный двигатель HiPEP
Это не пожар в микроволновке, а настоящий ракетный двигатель. Правда, микроволновка ему все-таки приходится очень отдаленным родственником...
Двигатель HiPEP разрабатывался для закрытого проекта зонда для исследования лун Юпитера, и работы по нему были остановлены в 2005 году. На испытаниях прототип двигателя, как говорит официальный отчет NASA, развил удельный импульс 9620 секунд, потребляя 40 кВт энергии.
Второе и третье места занимают еще не летавшие электрореактивные двигатели VASIMR (5000 секунд) и NEXT (4100 секунд), показавшие свои характеристики на испытательных стендах. А летавшие в космос двигатели (например, серия отечественных двигателей СПД от ОКБ «Факел») имеют показатели до 3000 секунд.
Двигатели серии СПД. Кто сказал «классные колонки с подсветкой»?
Почему же эти двигатели еще не вытеснили все остальные? Ответ прост, если мы посмотрим на другие их параметры. Тяга электрореактивных двигателей измеряется, увы, в граммах, а в атмосфере они вообще не могут работать. Поэтому собрать на таких двигателях сверхэффективную ракету-носитель не получится. А в космосе они требуют киловатты энергии, что не всякие спутники могут себе позволить. Поэтому электрореактивные двигатели используются, в основном, только на межпланетных станциях и геостационарных коммуникационных спутниках.
Ну, хорошо, скажет читатель, отбросим электрореактивные двигатели. Кто будет рекордсменом по удельному импульсу среди химических двигателей?
С показателем 462 секунды в лидерах среди химических двигателей окажутся отечественный КВД1 и американский RL-10. И если КВД1 летал всего шесть раз в составе индийской ракеты GSLV, то RL-10 - успешный и уважаемый двигатель для верхних ступеней и разгонных блоков, прекрасно работающий уже много лет. В теории, можно собрать ракету-носитель целиком из таких двигателей, но тяга одного двигателя в 11 тонн означает, что на первую и вторую ступень их придется ставить десятками, и желающих так делать нет.
Можно ли совместить большую тягу и высокий удельный импульс? Химические двигатели уперлись в законы нашего мира (ну не горит водород с кислородом с удельным импульсом больше ~460, физика запрещает). Были проекты атомных двигателей ( , ), но дальше проектов это пока не ушло. Но, в целом, если человечество сможет скрестить высокую тягу с высоким удельным импульсом, это сделает космос доступней. Есть ли еще показатели, по которым можно оценить двигатель?
Напряженней
Ракетный двигатель выбрасывает массу (продукты сгорания или рабочее тело), создавая тягу. Чем больше давление давление в камере сгорания, тем больше тяга и, главным образом в атмосфере, удельный импульс. Двигатель с более высоким давлением в камере сгорания будет эффективнее двигателя с низким давлением на том же топливе. И если мы отсортируем список двигателей по давлению в камере сгорания, то пьедестал будет оккупирован Россией/СССР - в нашей конструкторской школе всячески старались делать эффективные двигатели с высокими параметрами. Первые три места занимает семейство кислородно-керосиновых двигателей на базе РД-170: РД-191 (259 атм), РД-180 (258 атм), РД-171М (246 атм).
Камера сгорания РД-180 в музее. Обратите внимание на количество шпилек, удерживающих крышку камеры сгорания, и расстояние между ними. Хорошо видно, как тяжело удержать стремящиеся сорвать крышку 258 атмосфер давления
Четвертое место у советского РД-0120 (216 атм), который держит первенство среди водородно-кислородных двигателей и летал два раза на РН «Энергия». Пятое место тоже у нашего двигателя - РД-264 на топливной паре несимметричный диметилгидразин/азотный тетраоксид на РН «Днепр» работает с давлением в 207 атм. И только на шестом месте будет американский двигатель Спейс Шаттла RS-25 с двумястами тремя атмосферами.
Надежней
Каким бы ни был многообещающим по характеристикам двигатель, если он взрывается через раз, пользы от него немного. Сравнительно недавно, например, компания Orbital была вынуждена отказаться от использования хранившихся десятилетиями двигателей НК-33 с очень высокими характеристиками, потому что авария на испытательном стенде и феерический по красоте ночной взрыв двигателя на РН Antares поставили под сомнение целесообразность использования этих двигателей дальше. Теперь Antares будут пересаживать на российский же РД-181.
Большая фотография по ссылке
Верно и обратное - двигатель, который не отличается выдающимися значениями тяги или удельного импульса, но надежен, будет популярен. Чем длиннее история использования двигателя, тем больше статистика, и тем больше багов в нем успели отловить на уже случившихся авариях. Двигатели РД-107/108, стоящие на «Союзе», ведут свою родословную от тех самых двигателей, которые запускали первый спутник и Гагарина, и, несмотря на модернизации, имеют достаточно невысокие на сегодняшний день параметры. Но высочайшая надежность во многом окупает это.
Доступней
Двигатель, который ты не можешь построить или купить, не имеет для тебя никакой ценности. Этот параметр не выразить в числах, но он не становится от этого менее важным. Частные компании часто не могут купить готовые двигатели задорого, и вынуждены делать свои, пусть и попроще. Несмотря на то, что те не блещут характеристиками, это лучшие двигатели для их разработчиков. Например, давление в камере сгорания двигателя Merlin-1D компании SpaceX составляет всего 95 атмосфер, рубеж, который инженеры СССР перешли в 1960-х, а США - в 1980-х. Но Маск может делать эти двигатели на своих производственных мощностях и получать по себестоимости в нужных количествах, десятками в год, и это круто.
Двигатель Merlin-1D. Выхлоп из газогенератора как на «Атласах» шестьдесят лет назад, зато доступно
TWR
Раз уж зашла речь о спейсэксовских «Мерлинах», нельзя не упомянуть характеристику, которую всячески форсили пиарщики и фанаты SpaceX - тяговооруженность. Тяговооруженность (она же удельная тяга или TWR) - это отношение тяги двигателя к его весу. По этому параметру двигатели Merlin с большим отрывом впереди, у них он выше 150. На сайте SpaceX пишут, что это делает двигатель «самым эффективным из всех когда-либо построенных», и эта информация разносится пиарщиками и фанатами по другим ресурсам. В английской Википедии даже шла тихая война, когда этот параметр запихивался, куда только можно, что привело к тому, что в таблице сравнения двигателей этот столбец вообще убрали. Увы, в таком заявлении гораздо больше пиара, нежели правды. В чистом виде тяговооруженность двигателя можно получить только на стенде, а при старте настоящей ракеты двигатели будут составлять меньше процента от ее массы, и разница в массе двигателей ни на что не повлияет. Несмотря на то, что двигатель с высоким TWR будет более технологичным, чем с низким, это скорее мера технической простоты и ненапряженности двигателя. Например, по параметру тяговооруженности двигатель F-1 (94) превосходит РД-180 (78), но по удельному импульсу и давлению в камере сгорания F-1 будет заметно уступать. И возносить тяговооруженность на пьедестал как самую важную для ракетного двигателя характеристику, по меньшей мере наивно.Цена
Этот параметр во многом связан с доступностью. Если вы делаете двигатель сами, то себестоимость вполне можно подсчитать. Если же покупаете, то этот параметр будет указан явно. К сожалению, по этому параметру не построить красивую таблицу, потому что себестоимость известна только производителям, а стоимость продажи двигателя тоже публикуется далеко не всегда. Также на цену влияет время, если в 2009 году РД-180 оценивался в $9 млн, то сейчас его оценивают в $11-15 млн.Вывод
Как вы уже, наверное, догадались, введение было написано несколько провокационно (простите). На самом деле, у ракетных двигателей нет одного параметра, по которому их можно выстроить и четко сказать, какой самый лучший. Если же пытаться вывести формулу лучшего двигателя, то получится примерно следующее:Самый лучший ракетный двигатель - это такой двигатель, который вы можете произвести/купить , при этом он будет обладать тягой в требуемом вам диапазоне (не слишком большой или маленькой) и будет эффективным настолько(удельный импульс, давление в камере сгорания ), что его цена не станет неподъемной для вас.
Скучно? Зато ближе всего к истине.
И, в заключение, небольшой хит-парад двигателей, которые лично я считаю лучшими:
Семейство РД-170/180/190
. Если вы из России или можете купить российские двигатели и вам нужны мощные двигатели на первую ступень, то отличным вариантом будет семейство РД-170/180/190. Эффективные, с высокими характеристиками и отличной статистикой надежности, эти двигатели находятся на острие технологического прогресса.
Be-3 и RocketMotorTwo
. Двигатели частных компаний, занимающихся суборбитальным туризмом, будут в космосе всего несколько минут, но это не мешает восхищаться красотой использованных технических решений. Водородный двигатель BE-3, перезапускаемый и дросселируемый в широком диапазоне, с тягой до 50 тонн и оригинальной схемой с открытым фазовым переходом, разработанный сравнительно небольшой командой - это круто. Что же касается RocketMotorTwo, то при всем скептицизме по отношению к Брэнсону и SpaceShipTwo, я не могу не восхищаться красотой и простотой схемы гибридного двигателя с твердым топливом и газообразным окислителем.
F-1 и J-2 В 1960-х это были самые мощные двигатели в своих классах. Да и нельзя не любить двигатели, подарившие нам такую красоту.
В настоящее время американские Blue Origin и Aerojet Rocketdyne создают замену российскому двигателю РД-180. Компании конкурируют между собой, каждая планирует сертифицировать свой агрегат не позднее 2019 года. Молодая Blue Origin рабочий образец BE-4 (Blue Engine-4) в марте, однако стендовые испытания, проведенные в мае, неудачей. Создавшая двигатели для американской лунной ракеты и проверенная временем Aerojet Rocketdyne, казалось бы, отстает: лишь в мае она первые огневые испытания предкамеры агрегата AR1, рабочего образца которого до сих пор нет. Стоит ли ожидать скорого отказа США от РД-180 - выясняла .
Сегодня один двухкамерный жидкостный ракетный двигатель РД-180 устанавливается на первую ступень американской тяжелой ракеты Atlas V. Горючее - керосин, окислитель - кислород. Двигатель разрабатывался в 1994-1999 годах на основе четырехкамерных РД-170, устанавливаемых на боковые ускорители советской сверхтяжелой ракеты «Энергия» (по сути они представляют собой первые ступени российско-украинского носителя ). Контракт на создание двигателя для США между (сегодня ее подразделение Rocketdyne входит в состав Aerojet Rocketdyne) и был заключен в июне 1996 года. Между заключением соглашения и запуском первой ракеты прошло четыре года.
Огневые испытания РД-180 начались в «Энергомаше» в ноябре 1996 года. В США первый серийный двигатель был отправлен в январе 1999 года, где через три месяца был сертифицирован для средней ракеты Atlas III. Первый раз американский носитель с российским двигателем полетел в мае 2001 года, всего было совершено шесть пусков Atlas III, и все они были успешными. Для Atlas V агрегат РД-180 сертифицирован в августе 2001 года, первый пуск нового носителя произошел через год. По состоянию на 18 апреля 2017 года ракета Atlas V была запущена 71 раз, из которых один раз - частично удачно (российский двигатель тут ни при чем: произошла утечка жидкого водорода из бака разгонного блока Centaur, в результате чего полезная нагрузка была выведена на нерасчетную орбиту).
Сегодня Atlas V фактически является основной американской тяжелой ракетой. Пуски другого тяжелого американского носителя - Delta IV (на нем нет российских двигателей) - слишком дороги, так что , из-за конкуренции со среднетяжелой ракетой Falcon 9 , решил свести их к минимуму. С 2007 года Boeing и Lockheed Martin, производитель Atlas V, управляют пусками своих носителей через совместное предприятие ULA (United Launch Alliance). В США у этой компании большие проблемы. Во-первых, даже более дешевая по сравнению с Delta IV ракета Atlas V сегодня не выдерживает конкуренции с Falcon 9 в коммерческих, государственных и военных пусках; во-вторых, в связи с ухудшением российско-американских отношений в 2014 году ULA должна к 2019 году отказаться от покупки РД-180.
У компании есть несколько способов сохранить бизнес. Первый - отказаться от ракеты и построить новую, уже без российских двигателей. Второй - попробовать установить в Atlas V новый двигатель вместо РД-180. Blue Origin реализует первый подход, Aerojet Rocketdyne - второй. Вариант, согласно которому на территории США можно было бы развернуть производство РД-180, не выдерживает никакой критики: это настолько дорого и долго, что проще создать новый агрегат. К тому же лицензионное соглашение на передачу в США технологии производства российских двигателей РД-180 заканчивается в 2030 году - не имеет смысла разворачивать дорогостоящее производство всего на десять лет.
«Американцы думали, что они начнут с нами работать, а года через четыре возьмут наши технологии и будут сами их воспроизводить. Я им сразу сказал: вы затратите больше миллиарда долларов и десять лет. Четыре года прошло, и они говорят: да, надо лет шесть. Прошли еще годы, они говорят: надо еще восемь лет. Прошло уже семнадцать лет, и они ни один двигатель не воспроизвели. Им сейчас только на стендовое оборудование для этого нужны миллиарды долларов», - говорил еще в 2012 году по этому поводу создатель двигателя РД-180 академик Борис Каторгин.
Компании Blue Origin и Aerojet Rocketdyne слишком разные, что не может не отражаться в подходах к ракетному двигателестроению. За плечами Aerojet Rocketdyne, претерпевшей множество реорганизаций, создание в 1950-х и 1960-х агрегатов F-1, устанавливаемых на первую ступень сверхтяжелой ракеты ракеты Saturn V лунной миссии Apollo. Ее AR1, как и РД-180, является жидкостным ракетным двигателем закрытого цикла, в качестве топлива используется керосин, окислитель -
кислород. Это позволяет заменить российский агрегат на американский без принципиальной доработки носителя Atlas V.
В мае 2017 года Aerojet Rocketdyne провела первые огневые испытания предкамеры (в ней топливо частично сгорает и затем поступает в камеру сгорания) двигателя AR1. «Прохождение этого важного этапа позволяет заключить, что AR1 будет готов к полету в 2019 году, - сказала генеральный директор и президент Aerojet Rocketdyne Эйлин Дрейк. - В деле замены двигателей российского производства на текущих ракетах-носителях успех миссии должен быть национальным приоритетом номер один».
Дрейк отметила конкурентные особенности AR1. Во-первых, при создании отдельных элементов американского двигателя используется трехмерная печать. Во-вторых, применяется специальный сплав на основе никеля, позволяющий отказаться «от экзотических металлических покрытий, в настоящее время используемых в производстве РД-180». Для разработки AR1 компания использует методологию, ранее применявшуюся при создании других своих агрегатов (RS-68, J-2X, RL10 и RS-25). В компании планируют создать рабочий прототип (и почти сразу же сертифицировать) AR1 уже в 2019 году.
Blue Origin в создании замены РД-180, по оценкам ULA, опережает Aerojet Rocketdyne на два года. Работу над BE-4 компания начала еще в 2011 году в рамках работы над собственной тяжелой ракетой New Glenn; первый рабочий образец двигателя представлен в марте 2017 года. В Blue Origin признают, что РД-180 «работает на максимуме производительности», тем не менее два однокамерных BE-4, устанавливаемых на первую ступень носителя Vulcan (фактически Atlas VI), в совокупности позволят развить большую тягу, чем два AR1 и один РД-180 на первой ступени Atlas V. В отличие от AR1 и РД-180, в качестве горючего в BE-4 используется метан. В Blue Origin называют BE-4 самым мощным двигателем в мире, работающем на метане.
Первые стендовые испытания BE-4 прошли неудачно. «Вчера мы потеряли набор тестового оборудования для топливной системы на одном из наших испытательных стендов BE-4», - сообщает Blue Origin, уточняя, что на процесс разработки двигателя инцидент не повлияет. Топливная система включает множество турбонасосов и клапанов, которые обеспечивают подачу топливо-окислительной смеси к инжекторам и камерам сгорания жидкостного ракетного двигателя.
В компании пообещали, что скоро вернутся к тестированию. Из сообщения, опубликованного Blue Origin, как отмечает Ars Technica, неясен масштаб аварии, однако «тот факт, что Blue Origin, относительно скрытная компания (по сравнению с той же SpaceX - прим. «Ленты.ру» ) вообще поделилась этой информацией, показателен». Скорее всего, на самом деле ничего страшного не произошло: в распоряжении Blue Origin имеются как минимум два испытательных стенда, а ранее компания заявляла, что планирует создать сразу три рабочих образца ВЕ-4.
Стоимость двигателя ВЕ-4 неизвестна. В Blue Origin ничего не говорят об этом, однако нельзя не отметить, что компания принадлежит американскому миллиардеру , владелец который считается пятым богатейшим человеком в мире (помимо членов королевских семей и глав отдельных государств): его состояние оценивается в 71,8 миллиарда долларов. Главный актив выпускника
У Blue Origin и ULA особые отношения. В 2015 году Aerojet Rocketdyne хотела купить ULA за два миллиарда долларов, в этом случае РД-180, скорее всего, заменяли бы на AR1. Ситуацию изменила Blue Origin, подписавшая соглашение с ULA о сотрудничестве по производству BE-4 и фактически перехватившая инициативу у проверенной временем Aerojet Rocketdyne. Сегодня BE-4 является наиболее вероятным кандидатом для установки на ракету Vulcan, а AR1 рассматривается в качестве запасного варианта. В любом случае, AR1 найдут применение, его можно установить, например, на первую ступень тяжелой ракеты, разрабатываемой компанией Orbital ATK.
Ожидается, что в 2020-х годах Vulcan сможет осуществлять до десяти пусков в год. Носитель должен собираться по модульному принципу и будет включать 12 ракет среднего и тяжелого классов с различными возможностями по выводу полезной нагрузки на орбиту. Двигатели первой ступени (BE-4 или AR1) могут быть повторно использованы после их приземления при помощи защитных щитов (для предотвращения перегрева от трения при падении в атмосфере) и парашютов. В качестве космодромов для Vulcan компания ULA собирается использовать площадки на мысе Канаверал во Флориде или базу ВВС США Ванденберг в Калифорнии. Первый пуск ракеты Vulcan, которая придет на смену Atlas V с российским РД-180, запланирован на конец 2019 года.