Firma amerykańska Ogólne elektryczne zakończył wstępne testy prototypu silnika odrzutowego z technologią adaptacyjną o zmiennym cyklu (ADVENT), poinformował Flightglobal. Według firmy, silnik osiągnął wysokie temperatury w obszarze sprężarki i turbiny, które są „rekordem w historii lotnictwa”. W 2013 roku General Electric zamierza również rozpocząć zakrojone na szeroką skalę testy prototypu nowej elektrowni.
W nowym silniku amerykańska firma zamierza zastosować nowe lekkie i żaroodporne kompozyty o osnowie ceramicznej. Ponadto General Electric był w stanie uzyskać ważne postępy w rozwoju adaptacyjnej kaskady niskiego ciśnienia dla obiecującego silnika ADVENT. Zakłada się, że dzięki nowym technologiom, nowe silnik samolotu będzie o 25 procent oszczędniejszy niż konwencjonalne elektrownie.
Według wstępnych obliczeń ADVENT będzie się również różnił zakresem trybów pracy zwiększonym o 30 procent i ciągiem o 5-10 procent większa trakcja niż w przypadku silników konwencjonalnych ze stałym cyklem pracy. Wstępny projekt nowego silnika został ukończony 8 lutego 2013 roku. W listopadzie 2014 roku planowana jest obrona projektu elektrowni, a wszystkie prace mają zakończyć się do końca 2016 roku.
Prototypowy silnik na stanowisku testowym. Zdjęcie z businesswire.com
Wszystkie technologie uzyskane podczas prac rozwojowych ADVENT zostaną wykorzystane w obiecujących silnikach AETD do samolotów bojowych, których opracowaniem są zainteresowane Siły Powietrzne USA. Nowa elektrownia powinna mieć możliwość przełączania się między różnymi trybami lotu – naddźwiękowym i poddźwiękowym. Istniejące dziś silniki mogą pracować tylko w jednym z tych trybów. Dzięki możliwości przełączania silnika między trybami zostanie osiągnięta oszczędność paliwa.
Cechą nowego silnika będzie zastosowanie trzeciego obiegu powietrza. Podczas startu i lotu z maksymalną prędkością trzeci obwód zostanie zamknięty, aby silnik mógł utrzymać maksymalny ciąg. Podczas lotu z przelotową prędkością poddźwiękową trzeci obwód powietrza będzie otwarty, co nieznacznie zwiększy ciąg silnika i zmniejszy zużycie paliwa.
Technologia silnika odrzutowego US Air Force o zmiennym cyklu została zamówiona przez General Electric we wrześniu 2012 roku. Wtedy poinformowano, że działający prototyp nowego silnika powstanie do 2017 roku, a jego instalacja na samolotach bojowych rozpocznie się po 2020 roku. Według wstępnych szacunków zastosowanie silników adaptacyjnych pozwoli zaoszczędzić amerykańskim siłom powietrznym nawet 1,2 miliarda galonów paliwa rocznie (4,5 miliarda litrów). To prawie połowa rocznego zużycia paliwa przez Siły Powietrzne USA.
Silnik odrzutowy o zmiennym cyklu z technologią adaptacyjną (ADVENT)
Kompozyty z osnową ceramiczną
Samoloty odrzutowe to najpotężniejsze i najnowocześniejsze samoloty XX wieku. Ich zasadnicza różnica w stosunku do innych polega na tym, że są napędzane silnikiem na powietrze lub silnikiem odrzutowym. Obecnie stanowią podstawę nowoczesnego lotnictwa, zarówno cywilnego, jak i wojskowego.
Historia samolotów odrzutowych
Po raz pierwszy w historii lotnictwa rumuński projektant Henri Coanda próbował stworzyć samolot odrzutowy. Było to na samym początku XX wieku, w 1910 roku. On i jego asystenci przetestowali samolot, nazwany jego imieniem Coanda-1910, który był wyposażony w silnik tłokowy zamiast znanego śmigła. To on wprawił w ruch elementarną sprężarkę łopatkową.
Jednak wielu wątpi, że był to pierwszy samolot odrzutowy. Po zakończeniu II wojny światowej Coanda powiedział, że model, który stworzył, to silnik odrzutowy ze sprężarką, wbrew sobie. W swoich oryginalnych publikacjach i zgłoszeniach patentowych nie wysuwał takiego twierdzenia.
Zdjęcia rumuńskiego samolotu pokazują, że silnik znajduje się w pobliżu drewnianego kadłuba, dlatego w przypadku spalenia paliwa pilot i samolot zostaliby zniszczeni w wyniku pożaru.
Sam Coanda twierdził, że pożar rzeczywiście zniszczył ogon samolotu podczas pierwszego lotu, ale dowody z dokumentów nie zachowały się.
Warto zauważyć, że w samolotach odrzutowych wyprodukowanych w 1940 roku skóra była całkowicie metalowa i posiadała dodatkową ochronę termiczną.
Eksperymenty z samolotami odrzutowymi
Oficjalnie pierwszy odrzutowiec wystartował 20 czerwca 1939 r. Wtedy to odbył się pierwszy eksperymentalny lot samolotu stworzonego przez niemieckich konstruktorów. Nieco później swoje próbki wypuściły Japonia i kraje koalicji antyhitlerowskiej.
Niemiecka firma Heinkel rozpoczęła eksperymenty z samolotami odrzutowymi w 1937 roku. Dwa lata później He-176 wykonał swój pierwszy oficjalny lot. Jednak po pierwszych pięciu lotach testowych stało się oczywiste, że nie ma szans na wprowadzenie tej próbki do serii.
Problemy pierwszych odrzutowców
Było kilka błędów popełnionych przez niemieckich projektantów. Najpierw wybrano silnik strumieniowy. Używał metanolu i nadtlenku wodoru. Służyły jako paliwo i utleniacz.
Twórcy założyli, że te samoloty odrzutowe będą w stanie osiągnąć prędkość do tysiąca kilometrów na godzinę. Jednak w praktyce udało się osiągnąć prędkość zaledwie 750 kilometrów na godzinę.
Po drugie, samolot miał wygórowane zużycie paliwa. Wraz z nim musiał zabrać tyle, że samolot mógł wycofać się maksymalnie 60 kilometrów od lotniska. Po tym, jak potrzebował tankowania. Jedynym plusem, w porównaniu z innymi wczesnymi modelami, jest duża prędkość wznoszenia. To było 60 metrów na sekundę. Jednocześnie w losach tego modelu pewną rolę odegrały czynniki subiektywne. Tak więc po prostu nie lubiła Adolfa Hitlera, który był obecny na jednym z startów testowych.
Pierwsza próbka produkcyjna
Pomimo niepowodzenia pierwszej próbki, to niemieccy projektanci samolotów zdołali wprowadzić samolot odrzutowy do seryjnej produkcji przed wszystkimi innymi.
Uruchomiono produkcję modelu Me-262. Samolot ten wykonał swój pierwszy lot testowy w 1942 roku, w środku II wojny światowej, kiedy Niemcy zaatakowały już terytorium Związku Radzieckiego. Ta nowość może znacząco wpłynąć na ostateczny wynik wojny. Ten samolot bojowy wszedł do służby w armii niemieckiej w 1944 roku.
Ponadto samolot był produkowany w różnych modyfikacjach - zarówno jako samolot rozpoznawczy, jak i szturmowy, a także jako bombowiec i myśliwiec. W sumie do końca wojny wyprodukowano półtora tysiąca tych samolotów.
Te odrzutowe samoloty wojskowe wyróżniały się godnymi pozazdroszczenia właściwościami technicznymi, jak na ówczesne standardy. Były wyposażone w dwa silniki turboodrzutowe i dostępna była 8-stopniowa sprężarka osiowa. W przeciwieństwie do poprzedniego modelu, ten, powszechnie znany jako „Messerschmitt”, nie zużywał dużo paliwa i miał dobre osiągi w locie.
Prędkość samolotu odrzutowego sięgała 870 kilometrów na godzinę, zasięg lotu ponad tysiąc kilometrów, maksymalna wysokość ponad 12 tysięcy metrów, prędkość wznoszenia 50 metrów na sekundę. Masa własna samolotu wynosiła niecałe 4 tony, z pełnym wyposażeniem sięgała 6 tysięcy kilogramów.
Messerschmittowie byli uzbrojeni w 30-milimetrowe działa (były ich co najmniej cztery), łączna masa pocisków i bomb, jaką mógł przenosić samolot, wynosiła około półtora tysiąca kilogramów.
Podczas II wojny światowej Messerschmitty zniszczyły 150 samolotów. Straty lotnictwa niemieckiego wyniosły około 100 samolotów. Eksperci zwracają uwagę, że liczba strat mogłaby być znacznie mniejsza, gdyby piloci byli lepiej przygotowani do pracy nad całkowicie nowym samolotem. Dodatkowo pojawiły się problemy z silnikiem, który szybko się zużywał i był zawodny.
Japoński wzór
Podczas II wojny światowej prawie wszystkie walczące kraje próbowały wypuścić swój pierwszy samolot z silnikiem odrzutowym. Japońscy inżynierowie lotniczy wyróżnili się tym, że jako pierwsi zastosowali w masowej produkcji silnik strumieniowy. Był używany w japońskich załogowych samolotach pociskowych, którymi latali kamikaze. Od końca 1944 roku do końca II wojny światowej do armii japońskiej weszło ponad 800 tych samolotów.
Specyfikacje japońskich samolotów odrzutowych
Ponieważ ten samolot w rzeczywistości był jednorazowy - natychmiast rozbili się na nim kamikadze, to zbudowali go zgodnie z zasadą „tanio i wesoło”. Część dziobowa została wykonana z drewnianego szybowca, podczas startu samolot rozwijał prędkość do 650 kilometrów na godzinę. Całość napędzana trzema silnikami na ciecz odrzutową. Samolot nie potrzebował silników startowych ani podwozia. Zrobił bez nich.
Japoński samolot kamikaze został dostarczony do celu przez bombowiec Ohka, po czym uruchomiono silniki odrzutowe.
Jednocześnie japońscy inżynierowie i sami wojskowi zauważyli, że wydajność i produktywność takiego schematu była wyjątkowo niska. Same bombowce można było łatwo obliczyć za pomocą lokalizatorów zainstalowanych na statkach należących do marynarki wojennej USA. Stało się to jeszcze zanim kamikaze zdążył dostroić się do celu. Ostatecznie wiele samolotów zginęło na dalekich podejściach do miejsca docelowego. Co więcej, zestrzelili zarówno samoloty, w których siedzieli kamikaze, jak i bombowce, które ich dostarczyły.
Odpowiedź Wielkiej Brytanii
Po stronie brytyjskiej w II wojnie światowej brał udział tylko jeden samolot odrzutowy – Gloster Meteor. Swój pierwszy wypad odbył w marcu 1943 roku.
Wszedł do służby w brytyjskich Royal Air Force w połowie 1944 roku. Jego seryjna produkcja trwała do 1955 roku. A te samoloty były w służbie do lat 70-tych. W sumie z taśmy montażowej zjechało około trzech i pół tysiąca tych samolotów. Ponadto szeroka gama modyfikacji.
W czasie II wojny światowej wyprodukowano tylko dwie modyfikacje myśliwców, potem ich liczba wzrosła. Co więcej, jedna z modyfikacji była tak tajna, że nie wleciały na terytorium wroga, aby w razie wypadku nie dorwać inżynierów lotnictwa wroga.
Zajmowali się głównie odpieraniem ataków samolotów niemieckich. Mieli siedzibę niedaleko Brukseli w Belgii. Jednak od lutego 1945 roku niemieckie samoloty zapomniały o atakach, koncentrując się wyłącznie na zdolnościach obronnych. Dlatego w ostatnim roku II wojny światowej z ponad 200 samolotów Global Meteor stracono tylko dwa. Co więcej, nie było to wynikiem wysiłków lotników niemieckich. Oba samoloty zderzyły się ze sobą podczas podejścia do lądowania. W tym czasie lotnisko było zachmurzone.
Charakterystyka techniczna brytyjskiego samolotu
Brytyjski samolot Global Meteor miał godne pozazdroszczenia właściwości techniczne. Prędkość samolotu odrzutowego osiągnęła prawie 850 tysięcy kilometrów na godzinę. Rozpiętość skrzydeł wynosi ponad 13 metrów, masa startowa to około 6 i pół tysiąca kilogramów. Samolot wystartował na wysokości prawie 13 i pół kilometra, a zasięg lotu wynosił ponad dwa tysiące kilometrów.
Brytyjskie samoloty były uzbrojone w cztery 30-milimetrowe działa, które były bardzo skuteczne.
Amerykanie są jednymi z ostatnich
Spośród wszystkich głównych uczestników II wojny światowej Siły Powietrzne Stanów Zjednoczonych były jednymi z ostatnich, które wypuściły odrzutowiec. Amerykański model Lockheed F-80 trafił na lotniska w Wielkiej Brytanii dopiero w kwietniu 1945 roku. Na miesiąc przed kapitulacją wojsk niemieckich. Dlatego praktycznie nie miał czasu brać udziału w działaniach wojennych.
Amerykanie aktywnie używali tego samolotu kilka lat później podczas wojny koreańskiej. To właśnie w tym kraju miała miejsce pierwsza w historii bitwa pomiędzy dwoma samolotami odrzutowymi. Z jednej strony był amerykański F-80, a z drugiej radziecki MiG-15, który w tym czasie był bardziej nowoczesny, już transoniczny. Zwyciężył radziecki pilot.
W sumie do armii amerykańskiej weszło ponad półtora tysiąca tych samolotów.
Pierwszy radziecki samolot odrzutowy zjechał z linii montażowej w 1941 roku. Został zwolniony w rekordowym czasie. Projektowanie zajęło 20 dni, a produkcję kolejny miesiąc. Dysza samolotu odrzutowego pełniła funkcję ochrony jego części przed nadmiernym nagrzewaniem.
Pierwszym radzieckim modelem był drewniany szybowiec, do którego dołączono silniki odrzutowe. Kiedy rozpoczęła się Wielka Wojna Ojczyźniana, wszystkie wydarzenia zostały przeniesione na Ural. Tam rozpoczęły się eksperymentalne loty i testy. Zgodnie z zamysłem konstruktorów samolot miał osiągać prędkość do 900 kilometrów na godzinę. Jednak gdy tylko jego pierwszy tester Grigorij Bachcziwandżi zbliżył się do progu 800 kilometrów na godzinę, samolot rozbił się. Pilot testowy zginął.
Dopiero w 1945 roku sowiecki model samolotu odrzutowego został ostatecznie sfinalizowany. Ale od razu rozpoczęła się masowa produkcja dwóch modeli - Jak-15 i MiG-9.
Sam Józef Stalin brał udział w porównaniu parametrów technicznych obu maszyn. W rezultacie postanowiono wykorzystać Jak-15 jako samolot szkolny, a MiG-9 oddano do dyspozycji Sił Powietrznych. W ciągu trzech lat wyprodukowano ponad 600 MiGów. Jednak samolot został wkrótce wycofany z produkcji.
Były dwa główne powody. Opracowali go w szczerym pośpiechu, ciągle dokonując zmian. Ponadto sami piloci byli wobec niego podejrzliwi. Opanowanie samochodu wymagało wiele wysiłku, a błędy w akrobacji były absolutnie niemożliwe do popełnienia.
W rezultacie w 1948 roku na miejsce wszedł ulepszony MiG-15. Radziecki samolot odrzutowy leci z prędkością ponad 860 kilometrów na godzinę.
Samolot pasażerski
Najsłynniejszym odrzutowym samolotem pasażerskim, obok brytyjskiego Concorde, jest radziecki Tu-144. Oba te modele były naddźwiękowe.
Samoloty radzieckie weszły do produkcji w 1968 roku. Od tego czasu nad radzieckimi lotniskami często słychać było odgłosy odrzutowca.
Największy na świecie silnik odrzutowy 26 kwietnia 2016 r.
Tu i tak lecisz z pewną obawą i cały czas patrzysz w przeszłość, kiedy samoloty były małe i bez problemu można było planować w razie awarii, ale tu coraz więcej. Kontynuując proces uzupełniania skarbonki, przeczytamy i przyjrzymy się takiemu silnikowi lotniczemu.
Amerykańska firma General Electric testuje obecnie największy na świecie silnik odrzutowy. Nowość jest opracowywana specjalnie dla nowego Boeinga 777X.
Oto szczegóły...
Zdjęcie 2. 
Rekordowy silnik odrzutowy został nazwany GE9X. Biorąc pod uwagę, że pierwsze Boeingi z tym cudem technologii wzbiją się w przestworza nie wcześniej niż w 2020 roku, General Electric może być pewny swojej przyszłości. Rzeczywiście, w tej chwili łączna liczba zamówień na GE9X przekracza 700 sztuk. Teraz włącz kalkulator. Jeden taki silnik kosztuje 29 milionów dolarów. Jeśli chodzi o pierwsze testy, odbywają się one w okolicach miejscowości Peebles w stanie Ohio, USA. Średnica ostrza GE9X wynosi 3,5 m, a wlot ma wymiary 5,5 mx 3,7 m. Jeden silnik będzie w stanie wytworzyć 45,36 ton ciągu odrzutowego.
Zdjęcie 3. 
Według GE żaden silnik komercyjny na świecie nie ma tak wysokiego stopnia sprężania (sprężenie 27:1), jak GE9X. W konstrukcji silnika aktywnie wykorzystywane są materiały kompozytowe.
Zdjęcie 4. 
GE9X Firma GE zamierza zainstalować na szerokokadłubowych samolotach dalekiego zasięgu Boeing 777X. Firma otrzymała już zamówienia od Emirates, Lufthansy, Etihad Airways, Qatar Airways, Cathay Pacific i innych.
Zdjęcie 5. 
Trwają pierwsze testy kompletnego silnika GE9X. Testy rozpoczęły się w 2011 roku, kiedy testowano komponenty. Ten stosunkowo wczesny audyt został przeprowadzony w celu uzyskania danych testowych i rozpoczęcia procesu certyfikacji, ponieważ firma planuje zainstalować takie silniki do testów w locie już w 2018 roku, powiedział GE.
Zdjęcie 6. 
Komora spalania i turbina wytrzymują temperatury do 1315°C, co umożliwia bardziej efektywne wykorzystanie paliwa i niższą emisję.
Ponadto GE9X jest wyposażony we wtryskiwacze paliwa drukowane w 3D. Ten złożony system tuneli aerodynamicznych i wnęk jest przez firmę utrzymywany w tajemnicy.
Zdjęcie 7. 
GE9X jest wyposażony w niskociśnieniową turbinę sprężarki i reduktor napędu agregatu. Ten ostatni napędza pompę paliwową, pompę olejową i pompę hydrauliczną układu sterowania samolotem. W przeciwieństwie do poprzedniego silnika GE90, który miał 11 osi i 8 jednostek pomocniczych, nowy GE9X jest wyposażony w 10 osi i 9 jednostek.
Mniejsza liczba osi nie tylko zmniejsza masę, ale także zmniejsza liczbę części i upraszcza łańcuch dostaw. Drugi silnik GE9X trafi do testów w przyszłym roku
Zdjęcie 8. 
Silnik GE9X wykorzystuje wiele części i zespołów wykonanych z lekkich i żaroodpornych kompozytów z osnową ceramiczną (CMC). Materiały te wytrzymują ogromne temperatury, co pozwoliło na znaczny wzrost temperatury w komorze spalania silnika. „Im wyższa temperatura, jaką można uzyskać w silniku, tym bardziej będzie on wydajny” – mówi Rick Kennedy z GE Aviation.
Nowoczesne technologie druku 3D odegrały znaczącą rolę w produkcji niektórych części silnika GE9X. Z ich pomocą powstały niektóre części, w tym wtryskiwacze paliwa, o tak skomplikowanych kształtach, których nie da się uzyskać tradycyjną obróbką. „Skomplikowana konfiguracja kanałów paliwowych jest tajemnicą handlową, której pilnie strzeżemy" – mówi Rick Kennedy. „Kanały te rozprowadzają i rozpylają paliwo w komorze spalania w najbardziej równomierny sposób".
Zdjęcie 9. 
Należy zauważyć, że ostatnie testy to pierwszy przypadek uruchomienia w pełni zmontowanego silnika GE9X. A rozwój tego silnika, któremu towarzyszyły testy laboratoryjne poszczególnych jednostek, przeprowadzono w ciągu ostatnich kilku lat.
Podsumowując, należy zauważyć, że pomimo tego, że silnik GE9X nosi tytuł największego silnika odrzutowego na świecie, nie jest rekordzistą pod względem mocy wytwarzanego ciągu odrzutowego. Rekordzistą wszech czasów jest silnik poprzedniej generacji GE90-115B, zdolny do ciągu 57 833 ton (127 500 funtów).
Zdjęcie 10. 
Zdjęcie 11. 
Zdjęcie 12. 
Zdjęcie 13. 
źródła
Silniki rakietowe to jeden ze szczytów postępu technologicznego. Materiały pracujące do granic możliwości, setki atmosfer, tysiące stopni i setki ton ciągu – to niesamowite. Ale jest wiele różnych silników, które z nich są najlepsze? Czyi inżynierowie staną na podium? Wreszcie nadszedł czas, aby odpowiedzieć na to pytanie z całą bezpośredniością.
Niestety wygląd zewnętrzny silnika nie jest w stanie powiedzieć, jaki jest wspaniały. Musimy zagłębić się w nudne liczby cech charakterystycznych każdego silnika. Ale jest ich wiele, który wybrać?
Mocniejszy
No chyba, że im mocniejszy silnik, tym lepiej? Większa rakieta, większy ładunek, eksploracja kosmosu zaczyna działać szybciej, prawda? Ale jeśli spojrzymy na lidera w tej dziedzinie, czeka nas rozczarowanie. Największy ciąg ze wszystkich silników, 1400 ton, znajduje się w bocznym napędzie promu kosmicznego.
Mimo całej mocy dopalacze na paliwo stałe trudno nazwać symbolem postępu technologicznego, ponieważ konstrukcyjnie to tylko stalowy (lub kompozytowy, ale to nie ma znaczenia) cylinder z paliwem. Po drugie, te dopalacze wymarły wraz z promami w 2011 roku, podważając wrażenie ich sukcesu. Tak, ci, którzy śledzą wiadomości o nowej amerykańskiej superciężkiej rakiecie SLS, powiedzą mi, że opracowywane są dla niej nowe dopalacze na paliwo stałe, których ciąg będzie już wynosił 1600 ton, ale po pierwsze ta rakieta nie będzie latać wkrótce, nie wcześniej niż pod koniec 2018 roku. ... Po drugie, koncepcja „wziąć więcej segmentów paliwowych, aby siła ciągu była jeszcze większa” jest szeroko zakrojoną drogą rozwoju, prowadzącą do technicznej doskonałości.
Drugie miejsce pod względem ciągu zajmuje krajowy silnik płynny RD-171M - 793 tony.
Cztery komory spalania to jeden silnik. I człowiek za wagę
Wydawałoby się - oto on, nasz bohater. Ale jeśli to najlepszy silnik, to gdzie jest jego sukces? No dobrze, rakieta Energia zginęła pod gruzami rozpadającego się Związku Radzieckiego, a Zenit dokończył politykę stosunków między Rosją a Ukrainą. Ale dlaczego USA kupują od nas nie ten wspaniały silnik, ale o połowę mniejszy od RD-180? Dlaczego RD-180, który zaczynał jako „połowa” RD-170, wytwarza teraz ponad połowę ciągu RD-170 – aż 416 ton? Dziwne. Niejasny.
Trzecie i czwarte miejsce pod względem ciągu zajmują silniki z pocisków, które już nie latają. UA1207 (714 ton) na paliwo stałe, który był na Tytanie IV, i gwiazda programu księżycowego, silnik F-1 (679 ton) z jakiegoś powodu nie pomogły przetrwać do dziś wybitnych wskaźników wydajności. Może ważniejszy jest jakiś inny parametr?
Bardziej wydajny
Jaki wskaźnik określa sprawność silnika? Jeśli silnik rakietowy spala paliwo, aby przyspieszyć rakietę, to im efektywniej to robi, tym mniej paliwa musimy zużyć, aby polecieć na orbitę / Księżyc / Mars / Alpha Centauri. W balistyce istnieje specjalny parametr do oceny takiej sprawności - impuls właściwy.Specyficzny impuls pokazuje, ile sekund silnik może rozwinąć ciąg 1 niutona na kilogram paliwa
Rekordziści w ciągu znajdują się w najlepszym razie pośrodku listy, posortowane według impulsu właściwego, a F-1 z dopalaczami na paliwo stałe znajduje się głęboko w ogonie. Wydawałoby się, że to najważniejsza cecha. Spójrzmy jednak na liderów listy. Ze wskaźnikiem 9620 sekund na pierwszym miejscu znajduje się mało znany elektryczny silnik odrzutowy HiPEP.
To nie jest ogień w kuchence mikrofalowej, ale prawdziwy silnik rakietowy. To prawda, że \u200b\u200bmikrofalówka jest nadal bardzo odległa od niego ...
Silnik HiPEP został opracowany dla zamkniętego projektu sondy do eksploracji księżyca Jowisza i został wstrzymany w 2005 roku. Podczas testów prototypowy silnik, zgodnie z oficjalnym raportem NASA, wytworzył impuls właściwy 9620 sekund, zużywając 40 kW mocy.
Drugie i trzecie miejsce zajmują elektryczne silniki odrzutowe VASIMR (5000 sekund) i NEXT (4100 sekund), które jeszcze nie latały, które pokazały swoje właściwości na stanowiskach testowych. A silniki, które poleciały w kosmos (na przykład seria krajowych silników SPD z Fakel OKB) mają wydajność do 3000 sekund.
Silniki serii SPD. Kto powiedział, że fajne głośniki z podświetleniem?
Dlaczego te silniki nie zastąpiły jeszcze wszystkich innych? Odpowiedź jest prosta, jeśli spojrzymy na ich inne parametry. Ciąg elektrycznych silników odrzutowych mierzy się niestety w gramach, ale w atmosferze nie mogą one w ogóle pracować. W związku z tym montaż superwydajnej rakiety nośnej na takich silnikach nie będzie możliwy. A w kosmosie wymagają kilowatów energii, na co nie wszystkie satelity mogą sobie pozwolić. Dlatego elektryczne silniki napędowe są używane głównie na stacjach międzyplanetarnych i geostacjonarnych satelitach komunikacyjnych.
No dobra, powie czytelnik, porzućmy napęd elektryczny. Kto zdobędzie rekord impulsu specyficznego wśród silników chemicznych?
Ze wskaźnikiem 462 sekund krajowy KVD1 i amerykański RL-10 będą jednymi z liderów wśród silników chemicznych. A jeśli KVD1 poleciał tylko sześć razy jako część indyjskiej rakiety GSLV, to RL-10 jest udanym i szanowanym silnikiem na górne stopnie i górne stopnie, który od wielu lat pracuje doskonale. Teoretycznie da się zmontować rakietę dopalającą w całości z takich silników, ale ciąg jednego silnika 11 ton oznacza, że na pierwszym i drugim stopniu trzeba będzie zamontować dziesiątki, a chętnych nie ma. więc.
Czy można połączyć wysoki ciąg i wysoki impuls właściwy? Silniki chemiczne opierały się na prawach naszego świata (no cóż, wodór z tlenem o impulsie właściwym większym niż ~460 nie pali się, fizyka zabrania). Były projekty silników atomowych (,), ale to jeszcze nie wyszło poza projekty. Ale ogólnie rzecz biorąc, jeśli ludzkość może przekroczyć wysoki ciąg z wysokim impulsem właściwym, uczyni to przestrzeń bardziej dostępną. Czy są jakieś inne wskaźniki, według których można ocenić silnik?
Mocniej
Silnik rakietowy wyrzuca masę (produkty spalania lub płyn roboczy), tworząc ciąg. Im większe ciśnienie w komorze spalania, tym większy ciąg i, głównie w atmosferze, impuls właściwy. Silnik o wyższym ciśnieniu w komorze spalania będzie bardziej wydajny niż silnik o niższym ciśnieniu na to samo paliwo. A jeśli posortujemy listę silników według ciśnienia w komorze spalania, to cokół zajmie Rosja/ZSRR - nasza szkoła projektowania próbowała w każdy możliwy sposób wykonać wydajne silniki o wysokich parametrach. Pierwsze trzy miejsca zajmuje rodzina silników tlenowo-naftowych opartych na RD-170: RD-191 (259 atm), RD-180 (258 atm), RD-171M (246 atm).
Komora spalania RD-180 w muzeum. Zwróć uwagę na ilość kołków trzymających pokrywę komory spalania i odległość między nimi. Widać wyraźnie, jak trudno jest utrzymać ciśnienie w dążeniu do zerwania pokrywy 258 atmosfer.
Czwarte miejsce należy do radzieckiego RD-0120 (216 atm), który przoduje wśród silników wodorowo-tlenowych i dwukrotnie latał na wyrzutni Energia. Piąte miejsce należy również do naszego silnika - RD-264 na parze paliwowej, asymetryczna dimetylohydrazyna / tetratlenek azotu na wózku nośnym Dniepr działa pod ciśnieniem 207 atm. I dopiero na szóstym miejscu znajdzie się silnik amerykańskiego wahadłowca kosmicznego RS-25 o dwustu trzech atmosferach.
Bezpieczniej
Tak obiecująca jak osiągi silnika, jeśli wybucha co drugi raz, to na niewiele się zda. Stosunkowo niedawno np. firma Orbital została zmuszona do rezygnacji ze stosowania przechowywanych przez dziesięciolecia silników NK-33 o bardzo wysokich osiągach, ponieważ zakwestionowano wypadek na hamowni i urzekającą nocną eksplozję silnika na platformie Antares. możliwość dalszego wykorzystania tych silników. Teraz Antares zostanie przeniesiony do rosyjskiego RD-181.
Duże zdjęcie na linku
Prawdą jest również odwrotność – popularny będzie silnik, który nie zapewnia wybitnego ciągu ani impulsu właściwego, ale jest niezawodny. Im dłuższa historia użytkowania silnika, tym więcej statystyk i tym więcej błędów w nim udało się wyłapać na wypadkach, które już się wydarzyły. Silniki RD-107/108 na pokładzie Sojuza wywodzą się z tych samych silników, które wystrzeliły pierwszego satelitę i Gagarina i pomimo modernizacji mają dziś raczej niskie parametry. Ale najwyższa niezawodność opłaca się na wiele sposobów.
Bardziej dostępne
Silnik, którego nie możesz zbudować lub kupić, nie ma dla ciebie żadnej wartości. Ten parametr nie może być wyrażony w liczbach, ale nie staje się z tego mniej ważny. Prywatne firmy często nie mogą kupić gotowych silników po wysokiej cenie i są zmuszone do tworzenia własnych, choć prostszych. Choć nie są zbyt imponujące, są to najlepsze silniki dla ich twórców. Na przykład ciśnienie w komorze spalania silnika Merlin-1D SpaceX wynosi tylko 95 atmosfer, co jest kamieniem milowym, który przeszli inżynierowie ZSRR w latach 60., a USA - w latach 80. XX wieku. Ale Musk potrafi wytwarzać te silniki w swoich zakładach produkcyjnych i kupować je w odpowiednich ilościach, dziesiątki rocznie, i to jest fajne.
Silnik Merlin-1D. Spaliny z generatora gazu jak w Atlasie sześćdziesiąt lat temu, ale dostępne
TWR
Skoro mówimy o Spacex „Merlins”, nie sposób nie wspomnieć o cesze, którą PRowcy i fani SpaceX wymuszali w każdy możliwy sposób - stosunek ciągu do masy. Stosunek ciągu do masy (znany również jako ciąg właściwy lub TWR) to stosunek ciągu silnika do jego masy. Według tego parametru silniki Merlin wyprzedzają znacznie, mają go powyżej 150. Serwis SpaceX pisze, że to czyni silnik „najbardziej wydajnym, jaki kiedykolwiek zbudowano”, a informacje te są rozpowszechniane przez PR-owców i fanów innym Surowce. W angielskiej Wikipedii toczyła się nawet cicha wojna, gdy ten parametr był upychany tam, gdzie to możliwe, co doprowadziło do tego, że ta kolumna została całkowicie usunięta z tabeli porównawczej silników. Niestety, w takim stwierdzeniu jest znacznie więcej PR niż prawdy. W czystej postaci stosunek ciągu do masy silnika można uzyskać tylko na stanowisku, a na starcie prawdziwej rakiety silniki będą miały mniej niż procent jego masy, a różnica w masie silników nie wpłynie na nic. Pomimo tego, że silnik o wysokim TWR będzie bardziej zaawansowany technologicznie niż niski TWR, jest to raczej miara technicznej prostoty i napięcia silnika. Na przykład pod względem stosunku ciągu do masy silnik F-1 (94) przewyższa RD-180 (78), ale pod względem impulsu właściwego i ciśnienia w komorze spalania silnik F-1 będzie być zauważalnie gorszym. A podniesienie stosunku ciągu do masy na cokole jako najważniejszej cechy silnika rakietowego jest co najmniej naiwne.Cena
To ustawienie ma wiele wspólnego z ułatwieniami dostępu. Jeśli sam wykonasz silnik, można obliczyć koszt. Jeśli kupisz, ten parametr zostanie określony wprost. Niestety nie da się zbudować pięknego stołu dla tego parametru, ponieważ koszt własny znany jest tylko producentom, a koszt sprzedaży silnika też nie zawsze jest publikowany. Czas wpływa również na cenę, jeśli w 2009 roku RD-180 był szacowany na 9 milionów dolarów, to teraz jest szacowany na 11-15 milionów dolarów.Wyjście
Jak można się domyślić, wstęp został napisany nieco prowokująco (przepraszam). W rzeczywistości silniki rakietowe nie mają jednego parametru, dzięki któremu można je zbudować i jasno powiedzieć, który jest najlepszy. Jeśli spróbujesz wyprowadzić wzór na najlepszy silnik, otrzymasz coś takiego:Najlepszy silnik rakietowy to taki, który które możesz wyprodukować/kupić, podczas gdy on będzie miał pchnij w wymaganym zakresie(nie za duży ani za mały) i będzie tak skuteczny ( impuls właściwy, ciśnienie w komorze spalania) to jest to Cena £ nie stanie się dla ciebie zbyt ciężki.
Nudy? Ale najbliższa prawdzie.
I na koniec mała parada przebojów silników, które osobiście uważam za najlepsze:
Rodzina RD-170/180/190... Jeśli jesteś z Rosji lub możesz kupić rosyjskie silniki i potrzebujesz mocnych silników na pierwszy etap, to rodzina RD-170/180/190 będzie doskonałą opcją. Wydajne, o wysokich osiągach i doskonałych statystykach niezawodności, silniki te są w czołówce postępu technologicznego.
Be-3 i RocketMotorTwo... Lokomotywy prywatnych firm zajmujących się turystyką suborbitalną będą w kosmosie tylko przez kilka minut, co nie przeszkadza w podziwianiu piękna zastosowanych rozwiązań technicznych. Silnik wodorowy BE-3, który można ponownie uruchomić i dławić w szerokim zakresie, o ciągu do 50 ton i oryginalnym otwartym obwodzie zmiany fazy, opracowany przez stosunkowo niewielki zespół, jest fajny. Jeśli chodzi o RocketMotorTwo, pomimo całego mojego sceptycyzmu wobec Bransona i SpaceShipTwo, nie mogę nie podziwiać piękna i prostoty układu hybrydowego silnika z utleniaczem na paliwo stałe.
F-1 i J-2 W latach 60. były to najmocniejsze silniki w swojej klasie. I nie możemy nie kochać silników, które dały nam takie piękno.
Obecnie amerykańskie Blue Origin i Aerojet Rocketdyne tworzą zamiennik dla rosyjskiego silnika RD-180. Firmy konkurują ze sobą, każda planuje certyfikować swoją jednostkę nie później niż w 2019 roku. Młody działający prototyp BE-4 (Blue Engine-4) Blue Origin w marcu, ale testy laboratoryjne w maju zakończyły się niepowodzeniem. Aerojet Rocketdyne, który stworzył silniki dla amerykańskiej rakiety księżycowej i sprawdzonego Aerojet Rocketdyne, wydaje się pozostawać w tyle: dopiero w maju wykonał pierwsze testy ogniowe komory wstępnej AR1, która wciąż nie ma próbka robocza. Czy warto spodziewać się rychłej odmowy Stanów Zjednoczonych od RD-180 – dowiedziałem się.
Dziś jeden dwukomorowy silnik rakietowy na paliwo ciekłe RD-180 jest zainstalowany na pierwszym stopniu amerykańskiej rakiety ciężkiej Atlas V. Paliwem jest nafta, utleniaczem tlen. Silnik został opracowany w latach 1994-1999 na bazie czterokomorowego RD-170 zainstalowanego na bocznych dopalaczach radzieckiej superciężkiej rakiety Energia (w rzeczywistości reprezentują one pierwsze stopnie rosyjsko-ukraińskiej rakiety nośnej). Kontrakt na stworzenie silnika dla Stanów Zjednoczonych pomiędzy (dziś oddział Rocketdyne jest częścią Aerojet Rocketdyne) a został podpisany w czerwcu 1996 roku. Od zawarcia umowy do wystrzelenia pierwszej rakiety minęły cztery lata.
Testy ogniowe RD-180 rozpoczęły się w Energomash w listopadzie 1996 roku. Pierwszy silnik produkcyjny został wysłany do Stanów Zjednoczonych w styczniu 1999 roku, gdzie trzy miesiące później uzyskał certyfikat dla średniej rakiety Atlas III. Po raz pierwszy amerykański lotniskowiec z rosyjskim silnikiem poleciał w maju 2001 roku, w sumie wykonano sześć startów Atlas III i wszystkie zakończyły się sukcesem. Dla Atlas V jednostka RD-180 została certyfikowana w sierpniu 2001 roku, pierwsze wodowanie nowego przewoźnika miało miejsce rok później. Na dzień 18 kwietnia 2017 r. rakieta Atlas V została wystrzelona 71 razy, z czego jeden raz zakończył się częściowym sukcesem (rosyjski silnik nie miał z tym nic wspólnego: nastąpił wyciek ciekłego wodoru ze zbiornika górnego stopnia Centaura, w wyniku czego ładunek został wprowadzony na orbitę nieprojektową).
Dziś Atlas V jest właściwie głównym amerykańskim ciężkim pociskiem. Starty innego ciężkiego amerykańskiego lotniskowca - Delta IV (nie ma rosyjskich silników) - są zbyt drogie, więc ze względu na konkurencję ze średniociężką rakietą Falcon 9 postanowiłem je zminimalizować. Od 2007 roku Boeing i Lockheed Martin, producent Atlas V, zarządzają startami swoich pojazdów poprzez wspólne przedsięwzięcie o nazwie ULA (United Launch Alliance). Ta firma ma duże problemy w USA. Po pierwsze, nawet tańsza niż rakieta Delta IV Atlas V dzisiaj nie konkuruje z Falcon 9 w startach komercyjnych, rządowych i wojskowych; po drugie, ze względu na pogorszenie stosunków rosyjsko-amerykańskich w 2014 roku ULA powinna zrezygnować z zakupu RD-180 do 2019 roku.
Firma ma kilka sposobów na prowadzenie działalności. Pierwszym z nich jest porzucenie rakiety i zbudowanie nowej bez rosyjskich silników. Drugi to próba zainstalowania nowego silnika w Atlasie V zamiast RD-180. Blue Origin stosuje pierwsze podejście, Aerojet Rocketdyne drugie. Opcja, zgodnie z którą produkcja RD-180 mogłaby zostać wdrożona w Stanach Zjednoczonych, nie wytrzymuje krytyki: jest tak droga i tak długa, że łatwiej jest stworzyć nową jednostkę. Ponadto umowa licencyjna na transfer technologii produkcji rosyjskich silników RD-180 do Stanów Zjednoczonych kończy się w 2030 r. - nie ma sensu rozszerzać drogiej produkcji na zaledwie dziesięć lat.
„Amerykanie myśleli, że zaczną z nami współpracować, a za cztery lata wezmą nasze technologie i sami je zreprodukują. Powiedziałem im od razu: wydacie ponad miliard dolarów i dziesięć lat. Minęły cztery lata, a mówią: tak, potrzeba sześciu lat. Minęło więcej lat, mówią: potrzebujemy kolejnych ośmiu lat. Minęło siedemnaście lat, a nie odtworzyli ani jednego silnika. Potrzebują teraz miliardów dolarów tylko na sprzęt stołowy ”- powiedział Boris Katorgin, twórca silnika RD-180, w związku z tym w 2012 roku.
Blue Origin i Aerojet Rocketdyne są zbyt różne, co nie może nie znaleźć odzwierciedlenie w podejściu do napędu rakietowego. Za Aerojet Rocketdyne, który przeszedł wiele reorganizacji, powstały w latach 50. i 60. jednostki F-1 zainstalowane na pierwszym etapie superciężkiej rakiety Saturn V z misji księżycowej Apollo. Jego AR1, podobnie jak RD-180, to silnik rakietowy na paliwo płynne o zamkniętym obiegu, jako paliwo używana jest nafta, a utleniacz jest
tlen. Umożliwia to zastąpienie rosyjskiej jednostki amerykańską bez zasadniczej modyfikacji wyrzutni Atlas V.
W maju 2017 roku firma Aerojet Rocketdyne przeprowadziła pierwsze próby wypalania komory wstępnej (w której paliwo spala się częściowo, a następnie dostaje się do komory spalania) silnika AR1. „Po przejściu tego ważnego kamienia milowego dochodzimy do wniosku, że AR1 będzie gotowy do lotu w 2019 roku” – powiedziała Eileen Drake, dyrektor generalna i prezes Aerojet Rocketdyne. „W zastępowaniu rosyjskich silników w obecnych pojazdach nośnych, sukces misji powinien być narodowym priorytetem numer jeden”.
Drake zwrócił uwagę na konkurencyjne cechy AR1. Po pierwsze, druk trójwymiarowy służy do tworzenia poszczególnych elementów amerykańskiego silnika. Po drugie, stosuje się specjalny stop na bazie niklu, który umożliwia rezygnację z „egzotycznych powłok metalowych stosowanych obecnie w produkcji RD-180”. Do rozwoju AR1 firma wykorzystuje tę samą metodologię, która była wcześniej stosowana przy tworzeniu innych jej jednostek (RS-68, J-2X, RL10 i RS-25). Firma planuje stworzyć działający prototyp (i niemal natychmiast certyfikować) AR1 w 2019 roku.
Według szacunków ULA, Blue Origin wyprzedza Aerojet Rocketdyne o dwa lata w tworzeniu zamiennika dla RD-180. Firma rozpoczęła prace nad BE-4 w 2011 roku w ramach prac nad własnym ciężkim pociskiem New Glenn; Pierwszy działający prototyp silnika został zaprezentowany w marcu 2017 roku. Blue Origin przyznaje, że RD-180 „działa z maksymalną wydajnością”, niemniej jednak dwa jednokomorowe BE-4 zainstalowane na pierwszym stopniu nośnika Vulcan (właściwie Atlas VI), łącznie, rozwiną większy ciąg niż dwa AR1. i jedną drogę kołowania -180 na pierwszym etapie Atlas V. W przeciwieństwie do AR1 i RD-180, BE-4 wykorzystuje metan jako paliwo. Blue Origin nazywa BE-4 najpotężniejszym na świecie silnikiem na metan.
Pierwsze testy na stanowisku BE-4 zakończyły się niepowodzeniem. „Wczoraj straciliśmy zestaw sprzętu do testowania układu paliwowego na jednym z naszych stanowisk testowych BE-4”, mówi Blue Origin, wyjaśniając, że incydent nie wpłynie na proces rozwoju silnika. Układ paliwowy zawiera wiele turbopomp i zaworów, które dostarczają mieszankę paliwowo-utleniającą do wtryskiwaczy i komór spalania silnika rakietowego na paliwo ciekłe.
Firma obiecała, że wkrótce wróci do testów. Z komunikatu opublikowanego przez Blue Origin, jak zauważył Ars Technica, skala wypadku jest niejasna, ale „fakt, że Blue Origin to stosunkowo tajemnicza firma (w porównaniu do tego samego SpaceX – około. „Lenta.ru”) ogólnie podzieliła się tą informacją, ma ona charakter orientacyjny.” Najprawdopodobniej tak naprawdę nie stało się nic strasznego: Blue Origin ma do dyspozycji co najmniej dwa stanowiska testowe, a wcześniej firma ogłosiła, że planuje stworzyć jednocześnie trzy działające prototypy BE-4.
Koszt silnika BE-4 nie jest znany. Blue Origin nic o tym nie mówi, ale należy zauważyć, że właścicielem firmy jest amerykański miliarder, właściciel uważany za piątego najbogatszego człowieka na świecie (obok członków rodzin królewskich i głów poszczególnych państw): jego fortunę szacuje się na 71,8 miliarda dolarów. Główny atut absolwenta
Blue Origin i ULA mają szczególny związek. W 2015 roku Aerojet Rocketdyne chciał kupić ULA za dwa miliardy dolarów, w którym to przypadku RD-180 najprawdopodobniej zostałby zastąpiony przez AR1. Sytuację zmieniła firma Blue Origin, która podpisała z ULA umowę o współpracy przy produkcji BE-4 i faktycznie przejęła inicjatywę od sprawdzonego Aerojet Rocketdyne. Obecnie BE-4 jest najbardziej prawdopodobnym kandydatem do rakiety Vulcan, a AR1 jest uważany za rozwiązanie awaryjne. W każdym razie AR1 znajdzie zastosowanie, można go zainstalować np. na pierwszym etapie ciężkiej rakiety opracowywanej przez Orbital ATK.
Oczekuje się, że Vulcan będzie w stanie przeprowadzić do dziesięciu startów rocznie w latach 2020-tych. Pojazd nośny powinien być zmontowany modułowo i zawierać 12 średnich i ciężkich pocisków o różnych możliwościach umieszczania ładunku na orbicie. Silniki pierwszego stopnia (BE-4 lub AR1) mogą być ponownie użyte po wylądowaniu za pomocą osłon ochronnych (zapobiegających przegrzaniu w wyniku tarcia po zrzuceniu do atmosfery) i spadochronów. ULA zamierza wykorzystać miejsca na przylądku Canaveral na Florydzie lub w bazie sił powietrznych Vandenberg w Kalifornii jako porty kosmiczne dla Vulcan. Pierwszy start rakiety Vulcan, która zastąpi Atlas V rosyjskim RD-180, zaplanowano na koniec 2019 roku.