Companie americană General Electric a finalizat testarea inițială a unui prototip Adaptive Technology Variable Cycle Jet Engine (ADVENT), a raportat Flightglobal. Potrivit companiei, motorul a atins temperaturi ridicate în zona compresorului și a turbinei, care „sunt record în istoria aviației”. În cursul anului 2013, General Electric intenționează, de asemenea, să înceapă testarea pe scară largă a unui prototip al unei noi centrale electrice.
În noul motor, compania americană intenționează să utilizeze noi compozite din matrice ceramică ușoare și rezistente la căldură. În plus, General Electric a reușit să obțină evoluții importante în dezvoltarea unei cascade adaptive de joasă presiune pentru promițătorul motor ADVENT. Se presupune că datorită noilor tehnologii, noi motorul aeronavei va fi cu 25% mai economic decât centralele electrice convenționale.
Conform calculelor preliminare, ADVENT va diferi și în ceea ce privește gama de moduri de operare crescute cu 30 la sută și impulsul, cu Tracțiune cu 5-10% mai mare decât motoarele convenționale cu un ciclu fix de lucru. Proiectarea inițială a noului motor a fost finalizată pe 8 februarie 2013. În noiembrie 2014, este planificată apărarea proiectului de proiectare a centralei și toate lucrările sunt planificate să fie finalizate până la sfârșitul anului 2016.
Un motor prototip pe o bancă de testare. Fotografie de pe businesswire.com
Toate tehnologiile obținute în timpul dezvoltării ADVENT vor fi utilizate în promițătoarele motoare AETD pentru avioane de luptă, în dezvoltarea cărora este interesată Forța Aeriană a SUA. Noua centrală electrică ar trebui să poată comuta între diferite moduri de zbor - supersonic și subsonic. Motoarele existente astăzi sunt capabile să funcționeze doar într-unul dintre aceste moduri. Datorită capacității de a comuta motorul între moduri, se va obține un consum redus de combustibil.
O caracteristică a noului motor va fi utilizarea unui al treilea circuit de aer. În timpul decolării și zborului la viteza maximă, al treilea circuit se va închide pentru a permite motorului să mențină tracțiunea maximă. Când zburați la viteză subsonică de croazieră, al treilea circuit de aer va fi deschis, ceea ce va crește ușor forța motorului și va reduce consumul de combustibil.
Tehnologia motoarelor cu jet variabil cu forță aeriană a SUA a fost comandată de la General Electric în septembrie 2012. Apoi, a fost raportat că un prototip funcțional al noului motor va fi creat până în 2017, iar instalarea acestuia pe aeronavele de luptă va începe după 2020. Conform estimărilor preliminare, utilizarea motoarelor adaptive va economisi forțelor aeriene americane până la 1,2 miliarde de litri de combustibil pe an (4,5 miliarde de litri). Acesta este puțin sub jumătate din consumul anual de combustibil al Forțelor Aeriene SUA.
Motor cu jet cu ciclu variabil cu tehnologie adaptivă (ADVENT)
Compozite cu matrice ceramică
Avioanele cu reacție sunt cele mai puternice și moderne avioane ale secolului XX. Diferența lor fundamentală față de ceilalți este că sunt propulsate de un motor cu respirație de aer sau cu motor cu reacție. În prezent, ele constituie baza aviației moderne, atât civile, cât și militare.
Istoria avioanelor cu reacție
Pentru prima dată în istoria aviației, designerul român Henri Coandă a încercat să creeze avioane cu reacție. Aceasta a fost chiar la începutul secolului al XX-lea, în 1910. El și asistenții săi au testat avionul, numit după el Coanda-1910, care a fost echipat cu un motor cu piston în locul elicei familiare. El a pus în mișcare un compresor de palete elementar.
Cu toate acestea, mulți se îndoiesc că acesta a fost primul avion cu reacție. După sfârșitul celui de-al doilea război mondial, Coanda a spus că modelul pe care l-a creat este un motor cu jet de aer cu compresor motor, contrazicându-se. În publicațiile sale originale și în cererile de brevet de invenție, el nu a făcut nicio cerere.
Fotografiile avionului românesc arată că motorul este situat în apropierea fuselajului din lemn, prin urmare, dacă arderea combustibilului, pilotul și aeronava ar fi distruse de incendiul rezultat.
Coanda însuși a susținut că focul a distrus coada aeronavei în timpul primului zbor, dar dovezile documentare nu au supraviețuit.
Este demn de remarcat faptul că în avioanele cu reacție produse în 1940, pielea era din metal și avea o protecție termică suplimentară.
Experimente cu avioane cu reacție
Oficial, primul avion a decolat pe 20 iunie 1939. Atunci a avut loc primul zbor experimental al unei aeronave create de designerii germani. Puțin mai târziu, Japonia și țările coaliției anti-hitleriste și-au lansat mostrele.
Compania germană Heinkel a început experimentele cu avioane cu reacție în 1937. Doi ani mai târziu, He-176 a făcut primul său zbor oficial. Cu toate acestea, după primele cinci zboruri de testare, a devenit evident că nu există nicio șansă de a lansa acest eșantion în serie.
Problemele primelor avioane cu reacție
Au fost mai multe greșeli făcute de designerii germani. În primul rând, a fost ales un motor cu jet de lichid. A folosit metanol și peroxid de hidrogen. Au servit drept combustibil și oxidant.
Dezvoltatorii au presupus că aceste avioane cu reacție vor putea atinge viteze de până la o mie de kilometri pe oră. Cu toate acestea, în practică, a fost posibil să se atingă o viteză de numai 750 de kilometri pe oră.
În al doilea rând, aeronava a avut un consum exorbitant de combustibil. Cu el a trebuit să ia atât de mult încât aeronava să se poată retrage la maximum 60 de kilometri de aerodrom. După ce a avut nevoie de realimentare. Singurul plus, în comparație cu alte modele timpurii, este viteza rapidă de urcare. Avea 60 de metri pe secundă. În același timp, factorii subiectivi au jucat un anumit rol în soarta acestui model. Deci, pur și simplu nu-i plăcea Adolf Hitler, care a fost prezent la unul dintre lansările testului.
Primul eșantion de producție
În ciuda eșecului cu primul prototip, proiectanții germani de avioane au fost primii care au lansat avionul cu reacție în producția de masă.
Producția modelului Me-262 a fost pusă în funcțiune. Acest avion a efectuat primul său zbor de testare în 1942, în plin război mondial, când Germania invadase deja teritoriul Uniunii Sovietice. Această noutate ar putea afecta în mod semnificativ rezultatul final al războiului. Acest avion de luptă a intrat în serviciul armatei germane deja în 1944.
Mai mult, aeronava a fost produsă în diverse modificări - atât ca aeronavă de recunoaștere, cât și ca aeronavă de atac, ca bombardier și ca luptător. În total, până la sfârșitul războiului, au fost produse o mie și jumătate din aceste avioane.
Aceste avioane militare cu reacție s-au remarcat prin caracteristici tehnice de invidiat, după standardele vremii. Acestea erau echipate cu două motoare cu turboreactor și era disponibil un compresor axial în 8 trepte. Spre deosebire de modelul anterior, acesta, cunoscut pe scară largă ca „Messerschmitt”, nu consuma mult combustibil și avea performanțe bune de zbor.
Viteza avionului cu reacție a ajuns la 870 de kilometri pe oră, raza de zbor a fost mai mare de o mie de kilometri, altitudinea maximă a fost de peste 12 mii de metri, viteza de urcare a fost de 50 de metri pe secundă. Greutatea goală a aeronavei era mai mică de 4 tone, complet echipată a ajuns la 6 mii de kilograme.
Messerschmitts erau înarmați cu tunuri de 30 de milimetri (erau cel puțin patru), masa totală de rachete și bombe pe care avionul le putea transporta era de aproximativ o mie și jumătate de kilograme.
În timpul celui de-al doilea război mondial, Messerschmitts au distrus 150 de avioane. Pierderile aviației germane s-au ridicat la aproximativ 100 de aeronave. Experții subliniază că numărul pierderilor ar putea fi mult mai mic dacă piloții ar fi mai bine pregătiți să lucreze pe un avion fundamental nou. În plus, au existat probleme cu motorul, care s-a uzat rapid și nu a fost de încredere.
Model japonez
În timpul celui de-al doilea război mondial, aproape toate țările aflate în luptă au încercat să elibereze primele lor avioane cu un motor cu reacție. Inginerii japonezi de avioane s-au remarcat prin faptul că au fost primii care au folosit un motor cu jet de lichid în producția de masă. A fost folosit în avioanele japoneze cu proiectile pilotate, care erau zburate de kamikaze. De la sfârșitul anului 1944 până la sfârșitul celui de-al doilea război mondial, peste 800 dintre aceste avioane au intrat în serviciul armatei japoneze.
Specificațiile avioanelor cu reacție japoneze
Deoarece acest avion, de fapt, era de unică folosință - kamikazii s-au prăbușit imediat pe el, apoi l-au construit conform principiului „ieftin și vesel”. Partea de arc a fost realizată dintr-un planor de lemn; în timpul decolării, aeronava a dezvoltat o viteză de până la 650 de kilometri pe oră. Toate acționate de trei motoare cu jet de lichid. Aeronava nu avea nevoie de motoare de decolare sau tren de aterizare. S-a descurcat fără ele.
Un avion japonez kamikaze a fost livrat la țintă de un bombardier Ohka, după care au fost pornite motoarele cu jet de lichid.
În același timp, inginerii japonezi și militarii înșiși au remarcat că eficiența și productivitatea unui astfel de sistem a fost extrem de scăzută. Bombardierele în sine au fost ușor calculate folosind localizatoare instalate pe nave care făceau parte din marina americană. Acest lucru s-a întâmplat chiar înainte ca kamikaze să aibă timp să se acorde țintei. În cele din urmă, multe avioane au murit la apropierea îndepărtată de destinația lor finală. Mai mult, au doborât atât avioanele în care stăteau kamikaze, cât și bombardierele care le-au livrat.
Răspunsul Regatului Unit
Pe partea britanică, un singur avion cu reacție a participat la al doilea război mondial - Gloster Meteor. A făcut prima sa ieșire în martie 1943.
A intrat în serviciul Forței Aeriene Regale Britanice la mijlocul anului 1944. Producția în serie a continuat până în 1955. Și aceste aeronave au fost în serviciu până în anii '70. În total, aproximativ trei mii și jumătate din aceste aeronave au ieșit de pe linia de asamblare. Mai mult, o mare varietate de modificări.
În timpul celui de-al doilea război mondial, au fost produse doar două modificări ale luptătorilor, apoi numărul lor a crescut. Mai mult, una dintre modificări a fost atât de secretă încât nu au zburat pe teritoriul inamicului, astfel încât, în cazul unui accident, inginerii de aviație ai inamicului să nu-l primească.
Aceștia erau implicați în principal în respingerea atacurilor avioanelor germane. Ei aveau sediul lângă Bruxelles, în Belgia. Cu toate acestea, din februarie 1945, avioanele germane au uitat de atacuri, concentrându-se exclusiv pe capacitățile defensive. Prin urmare, în ultimul an al celui de-al doilea război mondial, din peste 200 de avioane Global Meteor, doar două s-au pierdut. Mai mult, acesta nu a fost rezultatul eforturilor aviatorilor germani. Ambele aeronave s-au ciocnit între ele în timpul apropierii de aterizare. În acel moment, aerodromul era înnorat.
Caracteristicile tehnice ale aeronavei britanice
Avionul britanic Global Meteor avea caracteristici tehnice de invidiat. Viteza avionului cu reacție a atins aproape 850 de mii de kilometri pe oră. Anvergura aripilor depășește 13 metri, greutatea la decolare este de aproximativ 6 mii și jumătate de kilograme. Avionul a decolat la o altitudine de aproape 13 kilometri și jumătate, în timp ce raza de zbor era de peste două mii de kilometri.
Aeronavele britanice erau înarmate cu patru tunuri de 30 mm, care erau extrem de eficiente.
Americanii sunt printre ultimii
Dintre toți principalii participanți la al doilea război mondial, Forțele Aeriene ale Statelor Unite au fost printre ultimii care au lansat un avion. Modelul american Lockheed F-80 a lovit aerodromurile din Marea Britanie abia în aprilie 1945. Cu o lună înainte de predarea trupelor germane. Prin urmare, practic nu a avut timp să ia parte la ostilități.
Americanii au folosit activ acest avion câțiva ani mai târziu în timpul războiului coreean. În această țară a avut loc prima bătălie între două avioane cu reacție. Pe de o parte, exista americanul F-80, iar pe de altă parte, MiG-15 sovietic, care la acea vreme era mai modern, deja transonic. Pilotul sovietic a fost victorios.
În total, mai mult de o mie și jumătate din aceste aeronave au intrat în serviciu cu armata americană.
Primul avion cu reacție sovietic a ieșit de pe linia de asamblare în 1941. A fost eliberat într-un timp record. A durat 20 de zile pentru proiectare și încă o lună pentru producție. Duza unui avion cu reacție îndeplinea funcția de a-și proteja piesele de încălzirea excesivă.
Primul model sovietic a fost un planor din lemn la care erau atașate motoarele cu jet de lichid. Când a început Marele Război Patriotic, toate evoluțiile au fost transferate către Urali. Acolo au început zboruri experimentale și teste. Conceput de designeri, avionul trebuia să atingă viteze de până la 900 de kilometri pe oră. Cu toate acestea, imediat ce primul său tester Grigory Bakhchivandzhi s-a apropiat de 800 de kilometri pe oră, avionul s-a prăbușit. Pilotul de testare a fost ucis.
Abia în 1945 a fost definitivat modelul sovietic al avionului cu reacție. Dar producția în serie a două modele a început deodată - Yak-15 și MiG-9.
Însuși Iosif Stalin a participat la compararea caracteristicilor tehnice ale celor două mașini. Drept urmare, s-a decis utilizarea Yak-15 ca avion de antrenament, iar MiG-9 a fost pus la dispoziția Forțelor Aeriene. Peste 600 MiG au fost produse în trei ani. Cu toate acestea, aeronava a fost întreruptă în curând.
Au existat două motive principale. L-au dezvoltat într-o grabă sinceră, făcând în mod constant schimbări. În plus, piloții înșiși erau suspicioși față de el. A fost nevoie de mult efort pentru a stăpâni mașina și a fost absolut imposibil să faci greșeli în acrobatie acrobatică.
Drept urmare, în 1948, MiG-15 îmbunătățit a venit să înlocuiască. Un avion cu reacție sovietic zboară cu peste 860 de kilometri pe oră.
Avion de pasageri
Cel mai faimos avion cu pasageri cu reacție, alături de Concorde britanic, este Tu-144 sovietic. Ambele modele erau supersonice.
Avioanele sovietice au intrat în producție în 1968. De atunci, sunetul unui avion cu reacție a fost adesea auzit peste aerodromurile sovietice.
Cel mai mare motor cu reacție din lume, 26 aprilie 2016
Aici și așa zbori cu o anumită neliniște și tot timpul te uiți înapoi la trecut, când avioanele erau mici și puteau planifica cu ușurință în caz de defecțiune, dar aici tot mai mult. În continuarea procesului de completare a pușculiței, vom citi și vom analiza un astfel de motor de aeronave.
Compania americană General Electric testează în prezent cel mai mare motor cu reacție din lume. Noutatea este dezvoltată special pentru noul Boeing 777X.
Iată detaliile ...
Foto 2. 
Motorul cu reacție record a fost numit GE9X. Având în vedere că primii Boeings cu acest miracol al tehnologiei vor ajunge pe cer nu mai devreme de 2020, General Electric poate avea încredere în viitorul lor. Într-adevăr, în acest moment numărul total de comenzi pentru GE9X depășește 700 de unități. Acum porniți calculatorul. Un astfel de motor costă 29 de milioane de dolari. În ceea ce privește primele teste, acestea au loc în vecinătatea orașului Peebles, Ohio, SUA. Diametrul lamei GE9X este de 3,5 metri, iar admisia are o dimensiune de 5,5 mx 3,7 m. Un motor va putea produce 45,36 tone de propulsie a jetului.
Foto 3. 
Potrivit GE, niciun motor comercial din lume nu are un raport de compresie la fel de mare (compresie 27: 1) ca GE9X. Materialele compozite sunt utilizate în mod activ în proiectarea motorului.
Foto 4. 
Compania GE9X GE va instala pe avioane Boeing 777X cu rază lungă de acțiune. Compania a primit deja comenzi de la Emirates, Lufthansa, Etihad Airways, Qatar Airways, Cathay Pacific și altele.
Foto 5. 
Primele teste ale motorului complet GE9X sunt în curs. Testele au început în 2011, când au fost testate componentele. Acest audit relativ timpuriu a fost realizat pentru a obține date de testare și pentru a lansa procesul de certificare, deoarece compania intenționează să instaleze astfel de motoare pentru testarea zborului încă din 2018, a spus GE.
Fotografia 6. 
Camera de ardere și turbina pot rezista la temperaturi de până la 1315 ° C, ceea ce permite o utilizare mai eficientă a combustibilului și emisii mai mici.
În plus, GE9X este echipat cu injectoare de combustibil imprimate 3D. Acest sistem complex de tunele de vânt și adâncituri este păstrat secret de companie.
Fotografia 7. 
GE9X este echipat cu o turbină cu compresor de joasă presiune și un reductor de acționare agregat. Acesta din urmă acționează o pompă de combustibil, o pompă de ulei și o pompă hidraulică pentru sistemul de control al aeronavei. Spre deosebire de motorul anterior GE90, care avea 11 axe și 8 unități auxiliare, noul GE9X este echipat cu 10 axe și 9 unități.
Mai puține axe nu numai că reduc greutatea, dar reduc și piesele și simplifică lanțul de aprovizionare. Al doilea motor GE9X urmează să fie testat anul viitor
Fotografia 8. 
Motorul GE9X folosește o varietate de piese și ansambluri realizate din materiale compozite ceramice ușoare și rezistente la căldură (CMC). Aceste materiale sunt capabile să reziste la temperaturi enorme și acest lucru a permis o creștere semnificativă a temperaturii în camera de ardere a motorului. "Cu cât temperatura poate fi ridicată în interiorul motorului, cu atât va fi mai eficientă", spune Rick Kennedy de la GE Aviation. În mediu ".
Tehnologiile moderne de imprimare 3D au jucat un rol semnificativ în fabricarea anumitor părți ale motorului GE9X. Cu ajutorul lor, au fost create unele piese, inclusiv injectoare de combustibil, de forme atât de complexe care nu pot fi obținute prin prelucrarea tradițională. „Configurația complicată a liniilor de combustibil este un secret comercial pe care îl păstrăm cu atenție”, spune Rick Kennedy.
Foto 9. 
Trebuie remarcat faptul că testele recente marchează prima dată când un motor GE9X este pornit complet asamblat. Iar dezvoltarea acestui motor, însoțită de teste pe bancă pentru unități individuale, a fost realizată în ultimii ani.
Și, în concluzie, trebuie remarcat faptul că, în ciuda faptului că motorul GE9X poartă titlul de cel mai mare motor cu reacție din lume, nu deține recordul pentru puterea impulsului pe care îl creează. Deținătorul record absolut pentru acest lucru este generația anterioară a motorului GE90-115B, capabil să dezvolte 57.833 tone (127.500 lb) de forță.
Foto 10. 
Fotografia 11. 
Foto 12. 
Foto 13. 
surse
Motoarele pentru rachete sunt unul dintre culmile progresului tehnologic. Materialele care funcționează la limită, sute de atmosfere, mii de grade și sute de tone de forță - este uimitor. Dar există multe motoare diferite, care sunt cele mai bune? Al cui ingineri vor urca pe podium? A sosit în sfârșit momentul să răspundem la această întrebare cu toată sinceritatea.
Din păcate, aspectul exterior al motorului nu poate spune cât de mare este. Trebuie să căutăm în numerele plictisitoare ale caracteristicilor fiecărui motor. Dar sunt multe dintre ele, pe care să le alegeți?
Mai puternic
Ei bine, probabil, cu cât este mai puternic motorul, cu atât este mai bun? O rachetă mai mare, mai multă sarcină utilă, explorarea spațiului începe să se miște mai repede, nu-i așa? Dar dacă ne uităm la liderul în acest domeniu, suntem în dezamăgire. Cea mai mare tracțiune dintre toate motoarele, 1400 de tone, se află la amplificatorul lateral al navei spațiale.
În ciuda întregii puteri, amplificatoarele de combustibil solid pot fi greu numite un simbol al progresului tehnologic, deoarece din punct de vedere structural sunt doar un cilindru din oțel (sau compozit, dar nu contează) cu combustibil. În al doilea rând, aceste boostere au dispărut împreună cu navetele în 2011, subminând impresia succesului lor. Da, cei care urmăresc știrile despre noua rachetă super-grea americană SLS îmi vor spune că sunt dezvoltate noi boostere cu combustibil solid, a căror forță va fi deja de 1600 de tone, dar, în primul rând, această rachetă nu va zbura în curând, nu mai devreme de sfârșitul anului 2018. ... Și în al doilea rând, conceptul de „a lua mai multe segmente de combustibil, astfel încât forța să fie și mai mare” este o cale extinsă de dezvoltare condusă la excelența tehnică.
Al doilea loc în ceea ce privește tracțiunea este deținut de motorul lichid intern RD-171M - 793 tone.
Patru camere de ardere sunt un singur motor. Și om pentru scară
S-ar părea - iată-l, eroul nostru. Dar, dacă este cel mai bun motor, unde este succesul său? Bine, racheta Energia a murit sub dărâmăturile Uniunii Sovietice prăbușite, iar Zenitul a încheiat politica relațiilor dintre Rusia și Ucraina. Dar de ce Statele Unite cumpără de la noi nu acest motor minunat, ci jumătate din dimensiunea RD-180? De ce RD-180, care a început ca o „jumătate” a RD-170, produce acum mai mult de jumătate din impulsul RD-170 - până la 416 tone? Ciudat. Neclar.
Locurile trei și patru în ceea ce privește tracțiunea sunt luate de motoarele de la rachetele care nu mai zboară. Combustibilul solid UA1207 (714 tone), care se afla pe Titan IV, și steaua programului lunar, motorul F-1 (679 tone), dintr-un anumit motiv, nu au ajutat la supraviețuirea până în prezent indicatori de performanță remarcabili. Poate că un alt parametru este mai important?
Mai eficient
Ce indicator determină eficiența unui motor? Dacă un motor de rachetă arde combustibil pentru a accelera o rachetă, atunci cu cât o face mai eficient, cu atât trebuie să consumăm mai puțin combustibil pentru a ajunge pe orbita / Luna / Marte / Alpha Centauri. În balistică, există un parametru special pentru evaluarea unei astfel de eficiențe - impuls specific.Impuls specific arată câte secunde motorul poate dezvolta o forță de 1 Newton pe kilogram de combustibil
Deținătorii de recorduri în tracțiune sunt, în cel mai bun caz, la mijlocul listei atunci când sunt sortate după un impuls specific, iar F-1-urile cu rapel cu propulsie solidă sunt adânci în coadă. S-ar părea că aceasta este cea mai importantă caracteristică. Dar să ne uităm la liderii listei. Cu un indicator de 9620 de secunde, motorul cu jet electric HiPEP puțin cunoscut este pe primul loc.
Acesta nu este un foc de cuptor cu microunde, ci un adevărat motor de rachetă. Adevărat, cuptorul cu microunde este încă o rudă foarte îndepărtată pentru el ...
Motorul HiPEP a fost dezvoltat pentru un proiect închis de sondă lunară Jupiter și a fost oprit în 2005. La teste, motorul prototip, conform unui raport oficial al NASA, a dezvoltat un impuls specific de 9620 de secunde, consumând 40 kW de putere.
Locurile al doilea și al treilea sunt ocupate de motoarele cu reacție electrice VASIMR (5000 secunde) și NEXT (4100 secunde) care nu au zburat încă, care și-au arătat caracteristicile pe băncile de testare. Și motoarele care au zburat în spațiu (de exemplu, o serie de motoare SPD interne de la OKB Fakel) au performanțe de până la 3000 de secunde.
Motoare din seria SPD. Cine a spus boxe retroiluminate?
De ce aceste motoare nu le-au înlocuit încă pe toate celelalte? Răspunsul este simplu dacă ne uităm la ceilalți parametri ai acestora. Puterea motoarelor cu reacție electrică este măsurată, din păcate, în grame, dar în atmosferă nu pot funcționa deloc. Prin urmare, nu va fi posibil să asamblați un vehicul de lansare super-eficient pe astfel de motoare. Și în spațiu, acestea necesită kilowați de energie, pe care nu toți sateliții și-o pot permite. Prin urmare, motoarele electrice de propulsie sunt utilizate în principal numai pe stațiile interplanetare și pe sateliții de comunicații geostaționari.
Ei bine, bine, cititorul va spune, să renunțăm la propulsia electrică. Cine va deține recordul pentru impulsul specific dintre motoarele chimice?
Cu un indicator de 462 de secunde, KVD1 intern și RL-10 american vor fi printre liderii motoarelor chimice. Și dacă KVD1 a zburat doar de șase ori ca parte a rachetei indiene GSLV, atunci RL-10 este un motor de succes și respectat pentru etapele superioare și superioare, care funcționează perfect de mulți ani. În teorie, este posibil să asamblați o rachetă de rapel în întregime din astfel de motoare, dar forța unui motor de 11 tone înseamnă că zeci dintre ele vor trebui instalate pe prima și a doua etapă și nu există oameni dispuși să facă asa de.
Pot fi combinate forța ridicată și impulsul specific ridicat? Motoarele chimice se bazează pe legile lumii noastre (ei bine, hidrogenul cu oxigen cu un impuls specific mai mare de ~ 460 nu arde, fizica interzice). Au existat proiecte de motoare atomice (,), dar acest lucru nu a trecut încă dincolo de proiecte. Dar, în general, dacă omenirea poate trece printr-un impuls specific ridicat, va face spațiul mai accesibil. Există și alți indicatori prin care puteți evalua motorul?
Mai strâns
Motorul rachetă scoate masa (produse de ardere sau fluid de lucru), creând o tracțiune. Cu cât este mai mare presiunea în camera de ardere, cu atât este mai mare forța și, mai ales în atmosferă, impulsul specific. Un motor cu o presiune mai mare în camera de ardere va fi mai eficient decât un motor cu o presiune mai mică pe același combustibil. Și dacă sortăm lista motoarelor în funcție de presiune în camera de ardere, atunci piedestalul va fi ocupat de Rusia / URSS - școala noastră de design a încercat în toate modurile să producă motoare eficiente cu parametri înalți. Primele trei locuri sunt ocupate de familia motoarelor oxigen-kerosen pe baza RD-170: RD-191 (259 atm), RD-180 (258 atm), RD-171M (246 atm).
Camera de ardere RD-180 din muzeu. Acordați atenție numărului de știfturi care dețin capacul camerei de ardere și distanței dintre ele. Se vede clar cât de greu este să păstrezi presiunea care se străduiește să rupă capacul a 258 de atmosfere.
Locul al patrulea aparține RD-0120 sovietic (216 atm), care deține conducerea printre motoarele cu hidrogen-oxigen și a zburat de două ori pe vehiculul de lansare Energia. Locul cinci aparține și motorului nostru - RD-264 pe abur combustibil, dimetilhidrazină asimetrică / tetroxid de azot pe vehiculul de lansare Dnepr funcționează la o presiune de 207 atm. Și doar pe locul șase va fi motorul American Space Shuttle RS-25 cu două sute trei atmosfere.
Mai sigur
La fel de promițătoare ca și performanța motorului, dacă acesta explodează din când în când, este de puțin folos. Relativ recent, de exemplu, Orbital a fost forțat să abandoneze utilizarea motoarelor NK-33 cu performanțe foarte ridicate, care au fost stocate de zeci de ani, deoarece s-a pus la îndoială un accident pe bancul de testare și o încântătoare explozie nocturnă a motorului pe vehiculul de lansare Antares. fezabilitatea utilizării în continuare a acestor motoare. Acum Antares va fi transplantat în RD-181 rus.
Imagine de ansamblu pe link
De asemenea, inversul este adevărat - un motor care nu oferă o forță remarcabilă sau un impuls specific, dar care este fiabil, va fi popular. Cu cât istoria utilizării motorului este mai lungă, cu atât mai multe statistici și cu atât mai multe bug-uri din acesta au reușit să prindă accidentele care s-au întâmplat deja. Motoarele RD-107/108 de la bordul Soyuz își urmăresc strămoșii până la motoarele care au lansat primul satelit și Gagarin și, în ciuda modernizării, au parametri destul de mici. Dar cea mai mare fiabilitate o plătește în multe feluri.
Mai accesibil
Un motor pe care nu îl puteți construi sau cumpăra nu are nicio valoare pentru dvs. Acest parametru nu poate fi exprimat în cifre, dar nu devine mai puțin important din aceasta. Companiile private nu pot cumpăra deseori motoare gata făcute la un preț ridicat și sunt forțate să-și facă propriile lor, deși mai simple. Deși nu sunt foarte impresionante, acestea sunt cele mai bune motoare pentru dezvoltatorii lor. De exemplu, presiunea din camera de ardere a motorului Merlin-1D de la SpaceX este de doar 95 de atmosfere, o piatră de hotar pe care inginerii din URSS au traversat-o în anii 1960, iar SUA - în anii 1980. Dar Musk poate produce aceste motoare la unitățile sale de producție și le poate obține la prețuri în cantități potrivite, zeci pe an, și asta e grozav.
Motor Merlin-1D. Eșapament de la generatorul de gaz ca la Atlas acum șaizeci de ani, dar disponibil
TWR
Din moment ce vorbim despre Spacex „Merlins”, nu se poate să nu menționăm caracteristica pe care specialiștii în PR și fanii SpaceX au încercat-o în toate modurile posibile - raportul forță-greutate. Raportul împingere-greutate (cunoscut și sub numele de tracțiune specifică sau TWR) este raportul dintre împingerea motorului și greutatea sa. Conform acestui parametru, motoarele Merlin sunt cu o marjă largă înainte, îl au peste 150. Site-ul SpaceX scrie că acest lucru face ca motorul să fie „cel mai eficient construit vreodată”, iar aceste informații sunt răspândite de specialiștii PR și fanii în alte resurse. În Wikipedia engleză, a existat chiar un război liniștit, când acest parametru a fost înghesuit ori de câte ori a fost posibil, ceea ce a dus la faptul că această coloană a fost complet eliminată din tabelul de comparație al motorului. Din păcate, într-o astfel de afirmație există mult mai mult PR decât adevăr. În forma sa pură, raportul forță-greutate al motorului poate fi obținut numai la stand, iar la începutul unei rachete reale, motoarele vor fi mai puțin de un procent din masa sa, iar diferența de masă dintre motoare nu va afecta nimic. În ciuda faptului că un motor cu un TWR ridicat va fi mai avansat tehnologic decât un TWR scăzut, este mai degrabă o măsură a simplității tehnice și a tensiunii motorului. De exemplu, în ceea ce privește raportul forță-greutate, motorul F-1 (94) este superior RD-180 (78), dar în ceea ce privește impulsul și presiunea specifice în camera de ardere, F-1 va să fie vizibil inferior. Și a pune raportul forță-greutate pe un piedestal, fiind cea mai importantă caracteristică pentru un motor rachetă este cel puțin naiv.Preț
Această setare are mult de-a face cu accesibilitatea. Dacă creați singur motorul, atunci costul poate fi calculat. Dacă cumpărați, atunci acest parametru va fi specificat în mod explicit. Din păcate, acest parametru nu poate fi utilizat pentru a construi o masă frumoasă, deoarece costul principal este cunoscut doar de producători, iar costul vânzării motorului nu este întotdeauna publicat. Timpul afectează și prețul, dacă în 2009 RD-180 a fost estimat la 9 milioane de dolari, acum este estimat la 11-15 milioane de dolari.Ieșire
După cum probabil ați ghicit până acum, introducerea a fost scrisă într-un mod oarecum provocator (scuze). De fapt, motoarele rachete nu au un parametru prin care să poată fi construite și au spus clar care este cel mai bun. Dacă încercați să obțineți formula pentru cel mai bun motor, veți obține ceva de genul următor:Cel mai bun motor rachetă este unul care pe care le puteți produce / cumpăra, în timp ce va avea împingeți în domeniul de care aveți nevoie(nu prea mare sau mic) și va fi atât de eficient ( impuls specific, presiune în camera de ardere) că este Preț nu va deveni prea greu pentru tine.
Plictisitor? Dar cel mai apropiat de adevăr.
Și, în concluzie, o mică paradă de motoare, pe care eu personal o consider cea mai bună:
Familia RD-170/180/190... Dacă sunteți din Rusia sau puteți cumpăra motoare rusești și aveți nevoie de motoare puternice pentru prima etapă, atunci familia RD-170/180/190 ar fi o opțiune excelentă. Eficiente, cu performanțe ridicate și statistici excelente de fiabilitate, aceste motoare sunt în fruntea progresului tehnologic.
Be-3 și RocketMotorTwo... Motoarele companiilor private angajate în turismul suborbital vor fi în spațiu doar câteva minute, dar acest lucru nu îl împiedică pe cineva să admire frumusețea soluțiilor tehnice utilizate. Motorul cu hidrogen BE-3, care poate fi repornit și restrâns pe o gamă largă, cu o forță de până la 50 de tone și un circuit original de schimbare a fazei deschise, dezvoltat de o echipă relativ mică, este rece. În ceea ce privește RocketMotorTwo, pentru tot scepticismul față de Branson și SpaceShipTwo, nu pot să nu admir frumusețea și simplitatea structurii motorului hibrid oxidant cu gaz combustibil solid.
F-1 și J-2În anii 1960, acestea erau cele mai puternice motoare din clasa lor. Și nu putem să nu iubim motoarele care ne-au oferit o asemenea frumusețe.
În prezent, American Blue Origin și Aerojet Rocketdyne creează un înlocuitor pentru motorul rus RD-180. Companiile concurează între ele, fiecare planificând să-și certifice unitatea până cel târziu în 2019. Un tânăr prototip Blue Origin de lucru al BE-4 (Blue Engine-4) în martie, dar testele pe bancă din mai au eșuat. Aerojet Rocketdyne, care a creat motoarele pentru racheta lunară americană și Aerojet Rocketdyne, testat în timp, pare să rămână în urmă: abia în luna mai a făcut primele teste de incendiu ale precamerei AR1, al cărei eșantion de lucru este înca lipseste. Dacă merită să ne așteptăm la refuzul iminent al Statelor Unite de la RD-180 - am aflat.
Astăzi, un motor rachetă cu două camere RD-180 cu combustibil lichid este instalat pe prima etapă a rachetei grele americane Atlas V. Combustibilul este kerosen, oxidantul este oxigenul. Motorul a fost dezvoltat în 1994-1999 pe baza RD-170 cu patru camere, instalat pe amplificatoarele laterale ale rachetei super-grele sovietice Energia (de fapt, acestea reprezintă primele etape ale vehiculului de lansare ruso-ucrainean) . Contractul pentru crearea unui motor pentru Statele Unite între (astăzi divizia sa Rocketdyne face parte din Aerojet Rocketdyne) și a fost semnat în iunie 1996. Au trecut patru ani între încheierea acordului și lansarea primei rachete.
Testele de incendiu ale RD-180 au început la Energomash în noiembrie 1996. Primul motor de producție a fost expediat în Statele Unite în ianuarie 1999, unde trei luni mai târziu a fost certificat pentru racheta medie Atlas III. Prima dată când un transportator american cu un motor rus a zburat în mai 2001, au fost făcute un total de șase lansări Atlas III și toate au avut succes. Pentru Atlas V, unitatea RD-180 a fost certificată în august 2001, prima lansare a noului transportator a avut loc un an mai târziu. Începând cu 18 aprilie 2017, racheta Atlas V a fost lansată de 71 de ori, dintre care o dată a fost parțial reușită (motorul rus nu a avut nimic de-a face cu aceasta: a existat o scurgere de hidrogen lichid din rezervorul etajului superior Centaur, în urma căreia sarcina utilă a fost plasată pe o orbită neproiectată).
Astăzi, Atlas V este de fapt principala rachetă grea americană. Lansările unui alt transportator american greu - Delta IV (nu are motoare rusești) - sunt prea scumpe, așa că, din cauza concurenței cu racheta Falcon 9 de greutate medie, am decis să le reduc la minimum. Din 2007, Boeing și Lockheed Martin, producătorul Atlas V, gestionează lansările vehiculelor lor printr-o societate mixtă numită ULA (United Launch Alliance). Această companie are mari probleme în SUA. În primul rând, chiar mai ieftin decât racheta Delta IV Atlas V de astăzi nu concurează cu Falcon 9 în lansările comerciale, guvernamentale și militare; în al doilea rând, din cauza deteriorării relațiilor ruso-americane în 2014, ULA ar trebui să abandoneze cumpărarea RD-180 până în 2019.
Compania are mai multe modalități de a menține afacerea. Primul este să renunți la rachetă și să construiești una nouă fără motoare rusești. Al doilea este să încercați să instalați un nou motor în Atlas V în loc de RD-180. Blue Origin ia prima abordare, Aerojet Rocketdyne a doua. Opțiunea conform căreia producția RD-180 ar putea fi desfășurată în Statele Unite nu rezistă criticilor: este atât de costisitoare și atât de lungă încât este mai ușor să creezi o unitate nouă. În plus, acordul de licență pentru transferul tehnologiei pentru producția de motoare rusești RD-180 către Statele Unite se încheie în 2030 - nu are sens extinderea producției scumpe timp de doar zece ani.
„Americanii au crezut că vor începe să lucreze cu noi și în patru ani vor lua tehnologiile noastre și le vor reproduce singuri. Le-am spus imediat: veți cheltui mai mult de un miliard de dolari și zece ani. Au trecut patru ani și spun: da, sunt necesari șase ani. Au trecut mai mulți ani, spun ei: mai avem nevoie de încă opt ani. Au trecut șaptesprezece ani și nu au reprodus niciun motor. Acum au nevoie de miliarde de dolari doar pentru echipamente de bancă pentru acest lucru ", a spus Boris Katorgin, creatorul motorului RD-180, în acest sens, în 2012.
Blue Origin și Aerojet Rocketdyne sunt prea diferite, ceea ce nu poate fi decât reflectat în abordările propulsiei rachetelor. Aerojet Rocketdyne a suferit numeroase reorganizări, crearea în anii 1950 și 1960 a unităților F-1 instalate pe prima etapă a rachetei super-grele Saturn V a misiunii lunare Apollo. AR1-ul său, ca și RD-180, este un motor rachetă cu ciclu închis cu propulsie lichidă, kerosenul este folosit ca combustibil, un oxidant este
oxigen. Acest lucru face posibilă înlocuirea unității rusești cu una americană fără a modifica fundamental vehiculul de lansare Atlas V.
În mai 2017, Aerojet Rocketdyne a efectuat primele teste de ardere ale precamerei (în care combustibilul arde parțial și apoi intră în camera de ardere) a motorului AR1. „După ce am depășit această etapă importantă, concluzionăm că AR1 va fi gata să zboare în 2019”, a declarat Eileen Drake, CEO și președinte al Aerojet Rocketdyne. „Înlocuirea motoarelor fabricate în Rusia pe vehiculele de lansare actuale, succesul misiunii ar trebui să fie prioritatea națională numărul unu”.
Drake a remarcat caracteristicile competitive ale AR1. În primul rând, imprimarea tridimensională este utilizată pentru a crea elemente individuale ale motorului american. În al doilea rând, este utilizat un aliaj special pe bază de nichel, care face posibilă abandonarea „acoperirilor metalice exotice utilizate în prezent în producția de RD-180”. Pentru a dezvolta AR1, compania folosește aceeași metodologie utilizată anterior la crearea celorlalte unități (RS-68, J-2X, RL10 și RS-25). Compania intenționează să creeze un prototip funcțional (și să certifice aproape imediat) AR1 în 2019.
Conform estimărilor ULA, Blue Origin este înaintea Aerojet Rocketdyne cu doi ani în crearea unui înlocuitor pentru RD-180. Compania a început să lucreze la BE-4 în 2011, ca parte a lucrărilor la propria rachetă grea, New Glenn; Primul prototip de lucru al motorului a fost prezentat în martie 2017. Blue Origin recunoaște că RD-180 "funcționează la performanțe maxime", cu toate acestea, cele două BE-4 cu o singură cameră instalate pe prima treaptă a purtătorului Vulcan (de fapt Atlas VI), în ansamblu, vor dezvolta mai mult decât două AR1 și o cale de rulare.180 în prima etapă a Atlas V. Spre deosebire de AR1 și RD-180, BE-4 folosește metan ca combustibil. Blue Origin numește BE-4 cel mai puternic motor metan din lume.
Primele teste pe bancă ale BE-4 nu au avut succes. "Ieri am pierdut un set de echipamente de testare pentru sistemul de alimentare cu combustibil la unul dintre bancurile noastre de testare BE-4", spune Blue Origin, clarificând că procesul de dezvoltare a motorului nu va fi afectat de incident. Sistemul de alimentare cu combustibil include o multitudine de turbopompe și supape care furnizează amestecul de combustibil / oxidant la injectorele și camerele de ardere ale motorului rachetă cu combustibil lichid.
Compania a promis că va reveni în curând la testare. Din mesajul publicat de Blue Origin, după cum a remarcat Ars Technica, amploarea accidentului este neclară, dar „faptul că Blue Origin este o companie relativ secretă (comparativ cu același SpaceX - aproximativ "Lenta.ru") au împărtășit în general aceste informații, sunt orientative. " Cel mai probabil, de fapt, nu s-a întâmplat nimic teribil: Blue Origin are la dispoziție cel puțin două bancuri de testare, iar mai devreme compania a anunțat că intenționează să creeze trei prototipuri BE-4 funcționale simultan.
Costul motorului BE-4 este necunoscut. Blue Origin nu spune nimic despre acest lucru, dar trebuie remarcat faptul că compania este deținută de un miliardar american, proprietarul care este considerat al cincilea cel mai bogat om din lume (pe lângă membrii familiilor regale și șefii de state individuale): averea este estimată la 71,8 miliarde de dolari. Principalul atu al absolventului
Blue Origin și ULA au o relație specială. În 2015, Aerojet Rocketdyne a dorit să cumpere ULA pentru două miliarde de dolari, caz în care cel mai probabil RD-180 ar fi înlocuit cu un AR1. Situația a fost schimbată de Blue Origin, care a semnat un acord cu ULA privind cooperarea pentru producția de BE-4 și a preluat inițiativa de la Aerojet Rocketdyne, testat în timp. Astăzi, BE-4 este cel mai probabil candidat pentru racheta Vulcan, iar AR1 este considerat ca o rezervă. În orice caz, AR1 va fi folosit, poate fi instalat, de exemplu, pe prima etapă a unei rachete grele dezvoltate de Orbital ATK.
Se așteaptă ca Vulcan să poată efectua până la zece lansări pe an în anii 2020. Vehiculul de lansare ar trebui asamblat conform unui principiu modular și va include 12 rachete medii și grele cu capacități diferite pentru plasarea sarcinii utile pe orbită. Motoarele din prima treaptă (BE-4 sau AR1) pot fi refolosite după aterizare folosind scuturi de protecție (pentru a preveni supraîncălzirea prin frecare la căderea în atmosferă) și parașute. ULA intenționează să utilizeze site-urile de la Cape Canaveral din Florida sau de la baza forței aeriene Vandenberg din California ca porturi spațiale pentru Vulcan. Prima lansare a rachetei Vulcan, care va înlocui Atlas V cu RD-180 rus, este programată pentru sfârșitul anului 2019.