Planul reactiv. Motoare cu detonare rotativă - O perspectivă economică Principiul de funcționare și clasificarea motoarelor cu reacție

Un articol interesant despre trecutul, prezentul și viitorul industriei noastre de rachete și perspectivele zborurilor spațiale.

Creatorul celor mai bune motoare de rachetă cu combustibil lichid din lume, academicianul Boris Katorgin, explică de ce americanii încă nu pot repeta realizările noastre în acest domeniu și cum să menținem avansul sovietic în viitor.

Pe 21 iunie 2012, câștigătorii Premiului Global pentru Energie au fost decernați la Forumul Economic din Sankt Petersburg. O comisie autorizată de experți din industrie din diferite țări a selectat trei cereri din 639 depuse și a desemnat câștigătorii premiului 2012, care este denumit în mod obișnuit „Premiul Nobel pentru inginerii energetici”. Drept urmare, 33 de milioane de ruble premium în acest an au fost împărțite de un renumit inventator din Marea Britanie, profesor RodneyIoanAllamși doi dintre oamenii de știință remarcabili - academici ai Academiei de Științe din Rusia BorisKatorginși ValeryKostyuk.

Toate cele trei sunt legate de crearea tehnologiei criogenice, studiul proprietăților produselor criogenice și aplicarea acestora în diferite centrale electrice. Academicianul Boris Katorgin a fost premiat „pentru dezvoltarea unor motoare cu rachete cu combustibil lichid extrem de eficiente pe combustibili criogenici, care asigură funcționarea fiabilă a sistemelor spațiale cu parametri energetici ridicați pentru utilizarea pașnică a spațiului”. Cu participarea directă a lui Katorgin, care a consacrat mai mult de cincizeci de ani întreprinderii OKB-456, cunoscută acum sub numele de NPO Energomash, au fost create motoare cu rachetă cu propulsie lichidă (LRE), a căror performanță este considerată în continuare cea mai bună din lume. Katorgin însuși a fost angajat în dezvoltarea schemelor de organizare a procesului de lucru în motoare, formarea amestecului de componente de combustibil și eliminarea pulsației în camera de ardere. De asemenea, sunt cunoscute lucrările sale fundamentale pe motoarele rachete nucleare (NRM) cu un impuls specific ridicat și evoluțiile în domeniul creării de lasere chimice continue puternice.

În vremurile cele mai dificile pentru organizațiile rusești intensive în știință, din 1991 până în 2009, Boris Katorgin a condus NPO Energomash, combinând funcțiile de director general și designer general, și a reușit nu numai să păstreze compania, ci și să creeze o serie de noi motoare. Absența unei comenzi interne pentru motoare a forțat Katorgin să caute un client pe piața externă. Unul dintre noile motoare a fost RD-180, dezvoltat în 1995 special pentru participarea la o licitație organizată de corporația americană Lockheed Martin, care alegea un motor cu propulsie lichidă pentru vehiculul de lansare Atlas care era modernizat la acel moment. Drept urmare, NPO Energomash a semnat un contract pentru furnizarea a 101 motoare și, până la începutul anului 2012, a furnizat deja peste 60 de motoare rachete către Statele Unite, dintre care 35 au funcționat cu succes pe Atlas la lansarea sateliților în diferite scopuri. .

Înainte de acordarea premiului, „Expert” a discutat cu academicianul Boris Katorgin despre starea și perspectivele dezvoltării motoarelor rachete cu propulsie lichidă și a aflat de ce motoarele bazate pe evoluțiile de acum patruzeci de ani sunt încă considerate inovatoare, iar RD-180 ar putea să nu fie recreat la fabricile americane.

— Boris Ivanovici, v Cum exact a ta merit v crearea intern lichid reactiv motoare, și acum considerat cel mai bun v lumea?

- Pentru a explica acest lucru unui laic, probabil că ai nevoie de o abilitate specială. Pentru motoarele cu rachete cu combustibil lichid, am dezvoltat camere de ardere, generatoare de gaz; în general, el a supravegheat crearea motoarelor în sine pentru explorarea pașnică a spațiului cosmic. (În camerele de ardere, combustibilul și oxidantul sunt amestecați și arse și se formează un volum de gaze fierbinți, care, apoi aruncate prin duze, creează propulsia reală a jetului; generatoarele de gaz ard și amestecul de combustibil, dar deja pentru funcționarea pompelor turbo, care pompează combustibilul și oxidantul sub presiune enormă în aceeași cameră de ardere. — « Expert".)

— Tu vorbi O pașnic asimilare spaţiu, cu toate că evident, ce toate motoare împingere din mai multe zeci până la 800 tone, care Au fost create v ORGANIZATIE NON-GUVERNAMENTALA " Energomash ", destinat inainte de Total pentru militar are nevoie.

- Nu a trebuit să aruncăm o singură bombă atomică, nu am livrat o singură încărcare nucleară către țintă pe rachetele noastre și mulțumim lui Dumnezeu. Toate evoluțiile militare au intrat într-un spațiu pașnic. Putem fi mândri de contribuția uriașă a rachetei noastre și a tehnologiei spațiale la dezvoltarea civilizației umane. Datorită astronauticii s-au născut clustere tehnologice întregi: navigație spațială, telecomunicații, televiziune prin satelit și sisteme de detectare.

— Motor pentru intercontinental balistic rachete P-9, de mai sus care tu a lucrat, după culcă v bază puțin dacă nu întregul al nostru echipat programe.

- La sfârșitul anilor 1950, am efectuat lucrări de calcul și experimentale pentru a îmbunătăți formarea amestecului în camerele de ardere ale motorului RD-111, care era destinat chiar acelei rachete. Rezultatele lucrării sunt încă folosite în motoarele modificate RD-107 și RD-108 pentru aceeași rachetă Soyuz; aproximativ două mii de zboruri spațiale au fost efectuate pe ele, inclusiv toate programele cu echipaj.

— Două al anului înapoi eu sunt a luat interviu la al tău colegi, laureat " Globalul energie " academician Alexandra Leontiev. V conversaţie O închis pentru lat publicul specialisti, cu cine Leontiev eu insumi cand- atunci a fost, el menționat Vitalia Ievleva, de asemenea mulți cine a facut pentru al nostru spaţiu industrie.

- Mulți universitari care au lucrat pentru industria de apărare au fost clasificați - acesta este un fapt. Acum s-au desclasificat multe - acesta este și un fapt. Îl cunosc foarte bine pe Alexander Ivanovici: a lucrat la crearea metodelor de calcul și a metodelor de răcire a camerelor de ardere ale diferitelor motoare de rachetă. Rezolvarea acestei probleme tehnologice nu a fost ușoară, mai ales când am început să stoarcem cât mai mult energia chimică a amestecului de combustibil pentru a obține impulsul specific maxim, crescând, printre alte măsuri, presiunea din camerele de ardere la 250 de atmosfere. Să luăm cel mai puternic motor - RD-170. Consumul de combustibil cu un agent oxidant - kerosen cu oxigen lichid care curge prin motor - 2,5 tone pe secundă. Fluxurile de căldură în el ajung la 50 de megawați pe metru pătrat - aceasta este o energie imensă. Temperatura din camera de ardere este de 3,5 mii grade Celsius. A fost necesar să venim cu o răcire specială pentru camera de ardere, astfel încât să poată funcționa calculat și să reziste la capul termic. Alexander Ivanovici a făcut exact asta și, trebuie să spun, a făcut o treabă excelentă. Vitaly Mikhailovici Ievlev - Membru corespondent al Academiei Ruse de Științe, Doctor în Științe Tehnice, Profesor, care, din păcate, a murit destul de devreme, - a fost un om de știință de cel mai larg profil, poseda o erudiție enciclopedică. La fel ca Leontiev, el a lucrat mult la metodologia de calcul a structurilor termice cu stres ridicat. Munca lor s-a intersectat undeva, a fost integrată undeva și, ca rezultat, s-a obținut o metodă excelentă prin care este posibil să se calculeze intensitatea căldurii oricărei camere de ardere; acum, poate, folosind-o, orice student o poate face. În plus, Vitaly Mihailovici a participat activ la dezvoltarea motoarelor nucleare cu rachetă cu plasmă. Aici interesele noastre s-au intersectat în anii când Energomash făcea la fel.

— V al nostru conversaţie cu Leontiev noi afectat temă vânzări energimashevsky motoare RD-180 v STATELE UNITE ALE AMERICII, și Alexandru Ivanovici spus, ce în mult acest motor - rezultat dezvoltări, care au fost făcut Cum o singura data la crearea RD-170, și v ce- atunci sens a lui jumătate. Ce aceasta este - într-adevăr rezultat verso scalare?

- Orice motor într-o nouă dimensiune este, desigur, un aparat nou. RD-180 cu o tracțiune de 400 de tone este într-adevăr jumătate din dimensiunea RD-170 cu o tracțiune de 800 de tone. RD-191, proiectat pentru noua noastră rachetă Angara, are o forță de 200 de tone. Ce au în comun aceste motoare? Toate au o pompă turbo, dar RD-170 are patru camere de ardere, RD-180 „american” are două, iar RD-191 are una. Fiecare motor are nevoie de propria unitate turbo-pompă - la urma urmei, dacă un RD-170 cu o singură cameră consumă aproximativ 2,5 tone de combustibil pe secundă, pentru care a fost dezvoltată o turbopompa cu o capacitate de 180 mii kilowați, care este de peste două ori mai mare decât, de exemplu, puterea reactorului spargătorului de gheață atomic „Arktika”, apoi a celor două camere RD-180 - doar jumătate, 1,2 tone. La dezvoltarea pompelor turbo pentru RD-180 și RD-191, am participat direct și, în același timp, am condus crearea acestor motoare în ansamblu.

— aparat foto combustie, mijloace, pe dintre toate din acestea motoare unu și acea la fel, numai număr al lor Alte?

- Da, și aceasta este principala noastră realizare. Într-o astfel de cameră cu un diametru de numai 380 milimetri, se arde puțin mai mult de 0,6 tone de combustibil pe secundă. Fără a exagera, această cameră este un echipament unic cu stres termic ridicat, cu curele speciale pentru a proteja împotriva fluxurilor puternice de căldură. Protecția se realizează nu numai datorită răcirii exterioare a pereților camerei, ci și datorită unei metode ingenioase de „căptușire” a unui film de combustibil pe ele, care se evaporă și răcește peretele. Pe baza acestei camere remarcabile, care nu are egal în lume, producem cele mai bune motoare: RD-170 și RD-171 pentru Energia și Zenit, RD-180 pentru Atlasul american și RD-191 pentru noua rachetă rusă "Angara".

— « Angara " ar trebui să a fost a inlocui " Proton- M " inca mai multe ani înapoi, dar creatorii rachete înfruntat cu serios Probleme primul zbor încercări repetat amânat și proiect ca ar continuă derapează.

- Chiar au fost probleme. S-a luat acum decizia de a lansa racheta în 2013. Particularitatea Angara este că, pe baza modulelor sale universale de rachete, este posibil să se creeze o întreagă familie de vehicule de lansare cu o capacitate de încărcare utilă de 2,5 până la 25 de tone pentru a lansa încărcătura pe orbita joasă a pământului pe baza Motor universal cu oxigen-kerosen RD-191. Angara-1 are un singur motor, Angara-3 - trei cu o tracțiune totală de 600 de tone, Angara-5 va avea 1000 de tone de tracțiune, adică va putea pune mai multe încărcături în orbită decât Proton. În plus, în locul heptilului foarte toxic, care este ars în motoarele Proton, folosim combustibil ecologic, după care rămâne doar apă și dioxid de carbon.

— Cum s-a întâmplat, ce acea la fel RD-170, pe care a fost creat inca v mijlocul anilor 1970- NS, inainte de aceste de cand rămâne, pe in esenta inovatoare produs, A a lui tehnologii sunt utilizate v calitate de bază pentru nou Motor rachetă?

- O poveste similară s-a întâmplat cu un avion creat după cel de-al doilea război mondial de Vladimir Mihailovici Mieșișev (un bombardier strategic cu rază lungă de acțiune din seria M, dezvoltat de Moscova OKB-23 din anii 1950. - « Expert"). În multe privințe, aeronava a fost cu treizeci de ani înaintea timpului său, iar elementele designului său au fost apoi împrumutate de alți producători de aeronave. Așa este aici: în RD-170 există o mulțime de elemente noi, materiale, soluții de design. Potrivit estimărilor mele, acestea nu vor deveni învechite încă câteva decenii. Acesta este meritul, în primul rând, al fondatorului NPO Energomash și al designerului său general Valentin Petrovich Glushko și membru corespondent al Academiei Ruse de Științe Vitaliy Petrovich Radovsky, care a condus compania după moartea lui Glushko. (Rețineți că cele mai bune caracteristici energetice și operaționale din lume ale RD-170 se datorează în mare măsură soluției Katorgin la problema suprimării instabilității de ardere de înaltă frecvență prin dezvoltarea deflectoarelor antipulsare în aceeași cameră de ardere. « Expert".) Și primul motor RD-253 pentru vehiculul de lansare Proton? Introdus în 1965, este atât de perfect încât nu a fost încă depășit de nimeni. Exact așa a învățat Glushko să proiecteze - la limita posibilului și întotdeauna peste media mondială. De asemenea, este important să ne amintim un alt lucru: țara a investit în viitorul său tehnologic. Cum a fost în Uniunea Sovietică? Ministerul Construcțiilor Generale de Mașini, care, în special, se ocupa de spațiu și rachete, a cheltuit 22% din bugetul său imens doar pentru cercetare și dezvoltare - în toate domeniile, inclusiv în propulsie. Astăzi, finanțarea cercetării este mult mai mică și asta spune multe.

— Nu mijloace dacă realizare prin acestea Motor rachetă niste perfect calități, în plus S-a întâmplat aceasta este jumătate de secol înapoi, ce rachetă motor cu chimic sursă energie v ce- atunci sens învechit eu insumi: principalul descoperiri făcut și v nou generații Motor rachetă, acum vorbire merge mai repede O Asa de numit de sprijin inovaţie?

- Cu siguranta nu. Motoarele cu rachete cu propulsie lichidă sunt solicitate și vor fi solicitate pentru o perioadă foarte lungă de timp, deoarece nicio altă tehnologie nu este capabilă să ridice mai fiabil și economic o sarcină de pe Pământ și să o pună pe orbita joasă a Pământului. Acestea sunt sigure din punct de vedere al mediului, în special cele care utilizează oxigen lichid și kerosen. Dar, pentru zborurile către stele și alte galaxii, motoarele de rachete cu propulsie lichidă, desigur, sunt complet inadecvate. Masa întregii metagalaxii este de 1056 grame. Pentru a accelera pe un motor de rachetă cu propulsie lichidă la cel puțin un sfert din viteza luminii, va fi necesară o cantitate absolut incredibilă de combustibil - 103.200 de grame, așa că chiar și să te gândești la asta este o prostie. Motorul cu propulsie lichidă are propria sa nișă - motoare de susținere. La motoarele lichide, puteți accelera transportatorul la a doua viteză cosmică, puteți zbura spre Marte și atât.

— Următorul scenă - nuclear rachetă motoare?

- Desigur. Nu se știe dacă vom trăi pentru a vedea unele dintre etape, dar s-au făcut multe pentru dezvoltarea motoarelor rachete cu propulsie nucleară deja în epoca sovietică. Acum, sub conducerea Centrului Keldysh, condus de academicianul Anatoly Sazonovich Koroteev, se dezvoltă așa-numitul modul de transport și energie. Proiectanții au ajuns la concluzia că este posibil să se creeze un reactor nuclear răcit cu gaz, care să fie mai puțin stresant decât era în URSS, care va funcționa atât ca centrală electrică, cât și ca sursă de energie pentru motoarele cu plasmă atunci când călătoresc în spațiu . Un astfel de reactor este acum proiectat la NIKIET numit după N. A. Dollezhal, sub conducerea membrului corespondent al Academiei Ruse de Științe, Yuri Dragunov. Biroul de proiectare „Fakel” din Kaliningrad participă și el la proiect, unde sunt create motoare de propulsie electrice. La fel ca în vremurile sovietice, nu se va lipsi de Biroul de proiectare Voronezh pentru chimică, unde turbinele cu gaz și compresoarele vor fi fabricate pentru a conduce un lichid de răcire - un amestec de gaze - de-a lungul unui circuit închis.

— A in timp ce Hai sa zburam pe Motor rachetă?

- Desigur, și vedem clar perspectivele dezvoltării în continuare a acestor motoare. Există sarcini tactice pe termen lung, nu există nicio limită aici: introducerea de noi acoperiri mai rezistente la căldură, noi materiale compozite, o scădere a masei motoarelor, o creștere a fiabilității acestora și o simplificare a controlului sistem. O serie de elemente pot fi introduse pentru a controla mai bine uzura pieselor și a altor procese care apar în motor. Există sarcini strategice: de exemplu, dezvoltarea metanului lichefiat și a acetilenei ca combustibil împreună cu amoniac sau combustibil cu trei componente. NPO Energomash dezvoltă un motor cu trei componente. Un astfel de motor de rachetă cu propulsie lichidă ar putea fi folosit ca motor atât pentru prima cât și pentru a doua etapă. În prima etapă, folosește componente bine dezvoltate: oxigen, kerosen lichid, iar dacă adăugați cu aproximativ cinci procente mai mult hidrogen, atunci impulsul specific va crește semnificativ - una dintre principalele caracteristici energetice ale motorului, ceea ce înseamnă că o sarcină utilă mai mare poate fi trimis în spațiu. În prima etapă, tot kerosenul este produs cu adăugarea de hidrogen, iar în a doua, același motor trece de la funcționarea combustibilului cu trei componente la combustibilul cu două componente - hidrogen și oxigen.

Am creat deja un motor experimental, deși de dimensiuni reduse și cu o forță de doar aproximativ 7 tone, am efectuat 44 de teste, am realizat elemente de amestecare la scară mare în duze, în generatorul de gaz, în camera de ardere și am aflat că puteți lucra mai întâi la trei componente și apoi treceți ușor la două. Totul merge bine, se obține o eficiență ridicată de ardere, dar pentru a merge mai departe este nevoie de un eșantion mai mare, bancurile trebuie rafinate pentru a lansa în ardere componentele pe care le vom folosi într-un motor real. camera: hidrogen lichid și oxigen, precum și kerosen. Cred că aceasta este o direcție foarte promițătoare și un mare pas înainte. Și sper să am timp să fac ceva în timpul vieții mele.

— De ce Americani, după ce a primit dreapta pe reproducere RD-180, nu Mai do a lui deja mulți ani?

- Americanii sunt foarte pragmatici. În anii 1990, chiar la începutul lucrării lor cu noi, și-au dat seama că în domeniul energetic eram cu mult înaintea lor și a trebuit să adoptăm aceste tehnologii de la noi. De exemplu, motorul nostru RD-170 dintr-o pornire, datorită unui impuls specific mai mare, ar putea scoate o sarcină utilă cu două tone mai mult decât cel mai puternic F-1 al lor, ceea ce însemna la acea vreme un câștig de 20 de milioane de dolari. Au anunțat o competiție pentru un motor de 400 de tone pentru Atlasele lor, care a fost câștigată de RD-180. Atunci 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: nu, mai avem nevoie de încă opt ani. Au trecut șaptesprezece ani și nu au reprodus niciun motor. Acum au nevoie de miliarde de dolari numai pentru echipamentele de bancă. La Energomash avem standuri unde același motor RD-170 poate fi testat într-o cameră de presiune, a cărei putere de jet ajunge la 27 de milioane de kilowați.

— EU SUNT nu a auzit greșit - 27 gigawatt? aceasta Mai mult stabilit putere dintre toate CNE " Rosatom ".

- Douăzeci și șapte de gigawați este puterea jetului, care se dezvoltă într-un timp relativ scurt. În timpul testelor pe stand, energia jetului se stinge mai întâi într-o piscină specială, apoi într-o conductă de difuzie de 16 metri diametru și 100 metri înălțime. Este nevoie de mulți bani pentru a construi un stand ca acesta, care poate adăposti un motor care generează o astfel de putere. Americanii au renunțat acum la acest lucru și iau produsul finit. Drept urmare, nu vindem materii prime, ci un produs cu o valoare adăugată imensă, în care este investită forță de muncă foarte intelectuală. Din păcate, în Rusia acesta este un exemplu rar de vânzări de înaltă tehnologie în străinătate într-un volum atât de mare. Dar acest lucru demonstrează că, cu formularea corectă a întrebării, suntem capabili de multe.

— Boris Ivanovici, ce necesar do, la nu a pierde cote, recrutat sovietic rachetă construirea motorului? Probabil, cu exceptia lipsa finanțare C&D foarte dureros și celălalt problema - personal?

- Pentru a rămâne pe piața mondială, trebuie să mergi înainte tot timpul, să creezi produse noi. Aparent, până la capătul nostru a fost apăsat și tunetul a lovit. Dar statul trebuie să-și dea seama că, fără noi evoluții, se va regăsi la marginea pieței mondiale și astăzi, în această perioadă de tranziție, deși nu am ajuns încă la un capitalism normal, trebuie să investească în primul rând în noul ... statul. Apoi, puteți transfera dezvoltarea pentru lansarea unei serii către o companie privată în condiții benefice atât pentru stat, cât și pentru afaceri. Nu cred că este imposibil să vină cu metode rezonabile de a crea ceva nou, fără ele este inutil să vorbim despre dezvoltare și inovații.

Există personal. Sunt șeful unui departament la Institutul de Aviație din Moscova, unde pregătim atât specialiști în motoare, cât și specialiști laser. Băieții sunt deștepți, vor să facă afacerea pe care o învață, dar trebuie să le dăm un impuls inițial normal ca să nu plece, așa cum fac mulți acum, să scrie programe de distribuire a mărfurilor în magazine. Pentru aceasta este necesar să se creeze un mediu de laborator adecvat, să se acorde un salariu decent. Construiți structura corectă a interacțiunii dintre știință și Ministerul Educației. Aceeași Academie de Științe rezolvă multe probleme legate de pregătirea personalului. Într-adevăr, printre membrii actuali ai academiei, membri corespunzători, există mulți specialiști care gestionează întreprinderi de înaltă tehnologie și institute de cercetare, birouri puternice de proiectare. Ei sunt direct interesați de departamentele alocate organizațiilor lor pentru a aduce specialiștii necesari în domeniul tehnologiei, fizicii, chimiei, astfel încât să primească imediat nu doar un absolvent universitar specializat, ci și un specialist gata făcut, cu o viață și știință și experiență tehnică. A fost întotdeauna așa: cei mai buni specialiști s-au născut în institute și întreprinderi unde existau departamente de învățământ. La Energomash și la NPO Lavochkin avem departamente ale filialei Institutului de Aviație din Moscova „Kometa”, de care sunt responsabil. Există cadre vechi care pot transmite experiența tinerilor. Dar a rămas foarte puțin timp, iar pierderile vor fi irecuperabile: pentru a reveni pur și simplu la nivelul actual, va trebui să cheltuiți mult mai mult efort decât este necesar astăzi pentru a-l menține.

Și iată câteva știri destul de proaspete:

O opțiune (permisiune) de a furniza numărul specificat de motoare până în 2020 a fost încheiată cu corporația americană Orbital Sciences, care produce sateliți și vehicule de lansare, și Aerojet, unul dintre cei mai mari producători de motoare rachete din Statele Unite. ... Acesta este un acord preliminar, întrucât un acord de opțiune implică dreptul, dar nu și obligația cumpărătorului de a efectua o achiziție în condiții prestabilite. Două motoare NK-33 modificate sunt utilizate în prima etapă a vehiculului de lansare Antares (numele proiectului Taurus-2) dezvoltat în SUA în baza unui contract cu NASA. Transportatorul este proiectat să livreze mărfuri către ISS. Prima sa lansare este programată pentru 2013. Motorul NK-33 a fost dezvoltat pentru vehiculul de lansare N1, care trebuia să livreze cosmonauții sovietici pe Lună.

A existat, de asemenea, ceva în blog și informații destul de controversate care descriu

Articolul original este pe site InfoGlaz.rf Linkul către articolul din care a fost făcută această copie este

În vremea noastră, a rămas cu greu o singură persoană care nu știe despre avioanele cu reacție și nu a zburat pe ele. Dar puțini oameni știu pe ce cale a trebuit să treacă inginerii din toată lumea pentru a obține astfel de rezultate. Există și mai puțini oameni care știu exact ce sunt avioanele cu reacție moderne și cum funcționează acestea. Avioanele cu reacție sunt nave de pasageri sau militare puternice, avansate, propulsate de un motor cu reacție. Principala caracteristică a unui avion cu reacție este viteza incredibilă, care distinge în mod favorabil mecanismul de propulsie de cel depășit cu elice.

În engleză, cuvântul „jet” sună ca „jet”. Auzind-o, apar imediat gânduri asociate oricărei reacții și aceasta nu este deloc oxidarea combustibilului, deoarece un astfel de sistem de propulsie este acceptabil pentru mașinile cu carburatoare. În ceea ce privește avioanele și avioanele militare, principiul funcționării lor este oarecum o reminiscență a unei rachete care decolează: corpul fizic reacționează la jetul puternic de gaz evacuat, ca urmare a căruia se deplasează în direcția opusă. Acesta este principiul de bază al avioanelor cu reacție. De asemenea, un rol important în operabilitatea mecanismului care pune în mișcare o mașină atât de mare îl joacă proprietățile aerodinamice, profilul aripii, tipul de motor (pulsat, cu flux direct, lichid etc.), circuit.

Primele încercări de a crea un avion cu reacție

Căutarea unui motor mai puternic și mai rapid pentru armată, iar în viitor și civil aeronavele au început în 1910. Cercetarea cu rachete din secolele trecute a fost luată ca bază, care a descris în detaliu utilizarea rapelurilor de pulbere, care ar putea reduce în mod semnificativ lungimea arzătorului post și a decolării. Proiectantul șef a fost inginerul român Anri Coandă, care a creat un avion bazat pe un motor cu piston.

Ce a diferențiat primul avion cu reacție din 1910 de modelele standard ale vremii? Principala diferență a fost prezența unui compresor cu palete, care este responsabil pentru punerea în mișcare a aeronavei. Avionul Coanda a fost primul, dar o încercare foarte nereușită de a crea un avion cu motor cu reacție. În cursul unor teste suplimentare, dispozitivul a ars, ceea ce a confirmat inoperabilitatea structurii.

Studiile ulterioare au identificat posibilele motive ale eșecului:

1. Locație slabă a motorului. Datorită faptului că a fost amplasat în partea din față a structurii, pericolul pentru viața pilotului era foarte mare, deoarece gazele de eșapament pur și simplu nu ar permite unei persoane să respire normal și ar provoca sufocare;
2. Flacăra emisă a căzut direct pe coada avionului, ceea ce ar putea duce la un incendiu în această zonă, incendiu și căderea aeronavei.

În ciuda fiasco-ului complet, Henri Coanda a susținut că el a fost cel care a deținut primele idei de succes privind un motor cu reacție pentru avioane. De fapt, primele modele de succes au fost create imediat înainte de începerea celui de-al doilea război mondial, în anii 30-40 ai secolului XX. După ce au lucrat la greșeli, inginerii din Germania, SUA, Anglia, URSS au creat avioane care nu amenințau viața pilotului în niciun fel, iar structura în sine era realizată din oțel rezistent la căldură, datorită căruia carena era protejată în mod fiabil de orice daune.

Supliment italny informații. Un inginer din Anglia poate fi numit pe bună dreptate descoperitorul motorului cu reacție.–Frank Whitl, care a propus primele idei și a primit brevetul pentru ele la final al XIX-lea.

Începutul creării aeronavelor în URSS

Pentru prima dată, au început să vorbească despre dezvoltarea unui motor cu reacție în Rusia la începutul secolului al XX-lea. Teoria creării unor avioane puternice capabile să dezvolte viteza supersonică a fost prezentată de celebrul om de știință rus K.E. Ciolkovski. Talentatul designer A.M. Lyulka a reușit să dea viață acestei idei. El a fost cel care a proiectat primul avion sovietic cu reacție propulsat de un motor cu turboreactor.

Inginerul a spus că acest design poate dezvolta o viteză fără precedent pentru acele vremuri de până la 900 km / h. În ciuda naturii fantastice a propunerii și a neexperienței tânărului designer, inginerii din URSS au preluat proiectul. Primul avion era aproape gata, dar în 1941 au început ostilitățile, întreaga echipă de designeri, inclusiv Arkhip Mihailovici, a fost nevoită să înceapă lucrul la motoarele de tancuri. Același birou cu toate evoluțiile aviației a fost scos în adâncurile URSS.

Din fericire, A.M. Lyulka nu a fost singurul inginer care a visat să creeze o aeronavă cu un motor de avion cu reacție. Noi idei despre crearea unui interceptor de luptă, zborul căruia ar fi asigurat de un motor de tip lichid, au fost propuse de proiectanții A.Ya. Bereznyak și A.M. Isaev, care lucrează la Biroul de Inginerie Bolkhovitinov. Proiectul a fost aprobat, astfel încât dezvoltatorii au început în curând să lucreze la crearea luptătorului BI-1, care, în ciuda războiului, a fost construit. Primele teste asupra luptătorului de rachete au început pe 15 mai 1942, la cârmă era pilotul de test curajos și curajos E.Ya.Bakhchivandzhi. Testele au avut succes, dar au continuat pentru anul următor. Demonstrând o viteză maximă de 800 km / h, aeronava a devenit incontrolabilă și s-a prăbușit. S-a întâmplat la sfârșitul anului 1943. Pilotul nu a reușit să supraviețuiască, iar testele au fost oprite. În acest moment, țările celui de-al Treilea Reich s-au implicat activ în dezvoltări și au ridicat mai mult de un avion cu reacție în aer, astfel încât URSS a pierdut mult pe frontul aerian și s-a dovedit a fi complet nepregătită.

Germania - țara primelor vehicule cu reacție

Primele avioane cu reacție au fost dezvoltate de ingineri germani. Crearea proiectelor și producția au fost efectuate în secret în fabrici deghizate situate în păduri adânci de pădure, astfel încât această descoperire a venit ca un fel de surpriză pentru lume. Hitler a visat să devină un conducător mondial, așa că a implicat cei mai buni designeri din Germania pentru a crea cele mai puternice arme, inclusiv avioane cu reacție de mare viteză. Au existat, desigur, atât eșecuri, cât și proiecte de succes.

Cel mai de succes dintre acestea a fost primul avion cu reacție german Messer-schmitt Me-262 (Messerschmitt-262), care a fost numit și Sturmvogel.

Acest avion a devenit primul din lume care a trecut cu succes toate testele, a decolat liber și după aceea a început să fie produs în serie. Mare „distrugător al dușmanilor celui de-al treilea Reich „Avea următoarele caracteristici:

• Dispozitivul avea două motoare turboreactor;
• Un radar a fost amplasat în prova avionului;
• Viteza maximă a aeronavei a ajuns la 900 km/h, în timp ce instrucțiunile indicau că era extrem de nedorit să aducă navele la astfel de viteze, deoarece controlul asupra controlului a fost pierdut, iar mașina a început să facă scufundări abrupte în aer.

Datorită tuturor acestor indicatori și caracteristici de proiectare, primul avion cu reacție „Messerschmitt-262” a acționat ca un mijloc eficient de luptă împotriva aeronavelor aliate, „B-17” de mare altitudine, poreclită „cetăți zburătoare”. Sturmofogelurile erau mai rapide, deci erau „vânătoare gratuită” pentru avioanele din URSS, care erau echipate cu motoare cu piston.

Fapt interesant. Adolf Hitler a fost atât de fanatic în dorința de a domina lumea, încât cu propriile sale mâini a redus eficiența lui Messer-schmitt Me-262. Faptul este că structura a fost proiectată inițial ca un luptător, dar la direcția conducătorului Germaniei, a fost transformat într-un bombardier, din această cauză, puterea motorului nu a fost dezvăluită pe deplin.

Această acțiune nu s-a potrivit deloc autorităților sovietice, așa că au început să lucreze la crearea de noi modele de aeronave care să poată concura cu vehiculele germane. Cei mai talentați ingineri A.I. Mikoyan și P.O. Sukhoi s-au apucat de treabă. Ideea principală a fost adăugarea unui motor cu piston suplimentar de către K.V. Kholshchevnikov, care să dea accelerarea luptătorului la momentul potrivit. Motorul nu era prea puternic, deci nu a funcționat mai mult de 5 minute, din această cauză, funcția sa a fost - accelerarea și nu lucrul constant pe tot parcursul zborului.

Noile creații ale industriei aeronautice rusești nu au putut ajuta la rezolvarea războiului. În ciuda acestui fapt, super-puternicul avion german Me-262 nu l-a ajutat pe Hitler să întoarcă cursul evenimentelor militare în favoarea sa. Piloții sovietici și-au demonstrat abilitatea și victoria asupra inamicului chiar și cu nave cu piston convenționale. În perioada postbelică, următoarele avioane cu reacție ale URSS au fost create de designeri ruși , care au devenit ulterior prototipuri ale avioanelor moderne:

• I-250, mai cunoscut sub numele de legendarul MiG-13, este un avion de luptă la care a lucrat AI Mikoyan. Primul zbor a fost realizat în martie 1945, la acea vreme mașina arăta un indicator record de viteză, ajungând la 820 km / h;

• Puțin mai târziu, și anume în aprilie 1945, pentru prima dată, un avion cu reacție a decolat în cer, ridicându-se și susținând zborul datorită unui motor cu compresor și cu motor cu jet de aer, care se afla în secțiunea de coadă a structurii. , PO Sukhoi "Su-5". Indicatorii de viteză nu au fost mai mici decât cei ai predecesorului său și au depășit 800 km / h;
• Inovația ingineriei și a construcției de aeronave în 1945 a fost motorul cu jet de lichid RD-1. Pentru prima dată a fost folosit în modelul aeronavei proiectat de P.O. Sukhoi - „Su-7”, care era echipat și cu un motor cu piston, care îndeplinește funcția principală de împingere, conducere. G. Komarov a devenit testerul noii aeronave. La primul test, s-a observat că motorul suplimentar a mărit indicatorul de viteză medie cu 115 km / h - aceasta a fost o mare realizare. În ciuda rezultatelor bune, motorul RD-1 a devenit o adevărată problemă pentru producătorii de avioane sovietice. Aeronavele similare echipate cu acest model de motor cu jet de lichid - „Yak-3” și „La-7R”, la care au lucrat inginerii S.A.Lavochkin și A.S. Yakovlev, s-au prăbușit în timpul testului din cauza unei avarii constant apărute a motorului;
• După încheierea războiului și înfrângerea Germaniei naziste, Uniunea Sovietică a primit ca trofee aeronavele germane cu motoare cu reacție „JUMO-004” și „BMW-003”. Apoi, designerii și-au dat seama că au fost într-adevăr cu câțiva pași în urmă. Printre ingineri, motoarele au fost denumite „RD-10” și „RD-20”, pe baza lor au fost create primele motoare cu reacție pentru avioane, pe care au lucrat A.M. Lyulka, A.A. Mikulin, V.Ya.Klimov. În același timp, P.O. Sukhoi dezvolta un avion puternic bimotor echipat cu două motoare RD-10 situate direct sub aripile aeronavei. Avionul de luptă interceptor a fost numit SU-9. Dezavantajul acestui aranjament al motoarelor poate fi considerat o rezistență puternică în timpul zborului. Avantajele sunt accesul excelent la motoare, facilitând accesul la mecanism și remedierea defecțiunii. Caracteristica de proiectare a acestui model a aeronavei a fost prezența amplificatoarelor de pulbere de pornire pentru decolare, a parașutelor de frână pentru aterizare, a rachetelor ghidate de tip „apă-aer” și a unui amplificator-amplificator care facilitează procesul de control și crește manevrabilitatea. a vehiculului. Primul zbor al „Su-9” a fost efectuat în noiembrie 1946, dar nu a ajuns niciodată la producția de serie;

• În aprilie 1946, a avut loc o paradă aeriană în orașul Tushino. A prezentat avioane noi de la birourile de proiectare a aviației Mikoyan și Yakovlev. Avioanele cu reacție „MiG-9” și „Yak-15” au fost imediat puse în producție.

De fapt, Sukhoi a „pierdut” în fața concurenților. Deși este greu de numit o pierdere, deoarece modelul său de luptător a fost recunoscut și în acest timp a reușit practic să termine lucrările la un proiect nou, mai modern - „SU-11”, care a devenit o adevărată legendă în istoria construcției de aeronave și un prototip de avioane moderne puternice.

Interesant f Act. De fapt, avionul SU-9 era greu numiți-l un simplu luptător. LA designerii dintre ei au numit-o „grea”, deoarece armamentul tunului și bombei aeronavei era la un nivel destul de ridicat. Este general acceptat faptul că SU-9 a fost prototipul bombardierelor de vânătoare moderne. Tot timpul, au fost fabricate aproximativ 1100 de echipamente, în timp ce nu au fost exportate. De mai multe ori legendarul „Sukhoi al nouălea” a fost folosit pentru a intercepta în aer o aeronavă de recunoaștere. avioane noi. V primul s-a întâmplat în 1960, când avioanele au izbucnit în spațiul aerian al URSS " LockheedU -2".

Primele prototipuri mondiale

Nu numai germanii și designerii sovietici au fost implicați în dezvoltarea, testarea și producția de noi avioane de zbor. Inginerii din SUA, Italia, Japonia și Marea Britanie au creat și multe proiecte de succes care nu pot fi ignorate. Primele dezvoltări cu diferite tipuri de motoare includ:

• „Non-178” - aeronavă germană cu o centrală cu turbojet, care a decolat în august 1939;
• GlosterE. 28/39 "- o aeronavă originară din Marea Britanie cu un motor cu turboreactor, prima dată a ieșit pe cer în 1941;
• „He-176” - un luptător creat în Germania folosind un motor rachetă, a efectuat primul său zbor în iulie 1939;
• „BI-2” - primul avion sovietic, care a fost propulsat cu ajutorul unei centrale rachete;
• „CampiniN.1” - un avion cu reacție creat în Italia, care a devenit prima încercare a designerilor italieni de a se îndepărta de pistonul analog. Dar ceva nu a funcționat bine în mecanism, astfel încât linia nu se putea lăuda cu viteză mare (doar 375 km / h). Lansarea a avut loc în august 1940;
• „Oka” cu un motor Tsu-11 - o bombă de luptă japoneză, așa-numita aeronavă de unică folosință cu un pilot kamikaze la bord;
• BellP-59 este un avion american cu două motoare cu reacție de tip rachetă. Producția a devenit în serie după primul zbor în aer în 1942 și teste lungi;

• GlosterMeteor - un avion de luptă cu jet fabricat în Marea Britanie în 1943; a jucat un rol semnificativ în timpul celui de-al Doilea Război Mondial, iar după încheierea acestuia a servit ca interceptor pentru rachetele de croazieră V-1 germane;
• Lockheed F-80 este un avion cu reacție fabricat în SUA care folosește un motor AllisonJ. Aceste avioane au luptat în războiul japoneză-coreeană de mai multe ori;
• B-45 Tornado - prototipul bombardierelor americane moderne B-52, creat în 1947;
• „MiG-15” - un adept al avionului de luptă recunoscut „MiG-9”, care a participat activ la conflictul militar din Coreea, a fost produs în decembrie 1947;
• Tu-144 este primul avion supersonic sovietic cu pasageri, care a devenit faimos pentru o serie de accidente și a fost întrerupt. Au fost produse în total 16 exemplare.

Această listă este interminabilă, în fiecare an avioanele se îmbunătățesc, deoarece designerii din întreaga lume lucrează pentru a crea o nouă generație de avioane care să poată zbura cu viteza sunetului.

Câteva fapte interesante

Acum există căptușeli capabile să găzduiască un număr mare de pasageri și mărfuri, de dimensiuni enorme și viteză de neimaginat de peste 3000 km / h, echipate cu echipamente moderne de luptă. Dar există câteva modele cu adevărat uimitoare; avioanele cu reacție cu recorduri includ:

1. Airbus A380 este cea mai încăpătoare aeronavă capabilă să găzduiască 853 de pasageri la bord, ceea ce este asigurat de o structură cu etaj. El este, de asemenea, unul dintre cele mai luxoase și mai scumpe avioane din timpul nostru. Emirates Airline oferă numeroase facilități clienților săi, inclusiv o baie turcească, suite și cabine VIP, dormitoare, baruri și un lift. Dar astfel de opțiuni nu sunt disponibile pe toate dispozitivele, totul depinde de compania aeriană.

1. „Boeing 747” - de mai bine de 35 de ani a fost considerat cel mai mare pasager cu două etaje și putea găzdui 524 de pasageri;
2. AN-225 Mriya este un avion de marfă care are o capacitate de încărcare de 250 de tone;
3. LockheedSR-71 este un avion cu reacție care atinge o viteză de 3529 km / h în timpul zborului.

Video

Datorită evoluțiilor moderne inovatoare, pasagerii pot ajunge dintr-un punct al lumii în altul în doar câteva ore, mărfurile fragile care necesită un transport prompt sunt livrate rapid și este asigurată o bază militară de încredere. Cercetarea aviației nu stă pe loc, deoarece avioanele cu reacție stau la baza aviației moderne în dezvoltare rapidă. Mai multe avioane cu pilot, cu pasageri, fără pilot, din vest și din Rusia, sunt în prezent proiectate și urmează să fie lansate în următorii câțiva ani. Evoluțiile inovatoare rusești ale viitorului includ luptătorul de generație a 5-a PAK FA "T-50", ale cărui prime copii vor ajunge la trupe probabil la sfârșitul anului 2017 sau la începutul anului 2018 după testarea unui nou motor cu reacție.

10 decembrie 2012

Continuarea seriei de articole (doar pentru că mai am nevoie de un eseu, acum despre subiectul „motoare”) - un articol despre un proiect de motor SABER foarte promițător și promițător. În general, în Runet s-au scris multe despre el, dar în cea mai mare parte, note și laude foarte haotice pe site-urile agențiilor de presă, dar articolul de pe Wikipedia în engleză mi-a părut foarte mult, sunt în general plăcut bogate în detalii și detalii - articole pe Wikipedia engleză.

Așadar, această postare (și viitorul meu eseu) s-a bazat pe articolul, localizat inițial la: http://en.wikipedia.org/wiki/SABRE_(rocket_engine), au fost adăugate și câteva gaguri și explicații și au colectat materiale ilustrative în internetul

Urmează următoarele

SABRE (Synergistic Air-Breathing Rocket Engine) - Un concept dezvoltat de Reaction Engines Limited, un motor hibrid hipersonic cu reacție de aer/rachetă cu pre-răcire. Motorul este proiectat pentru a oferi o capacitate de orbitare într-o singură etapă pentru sistemul aerospațial Skylon. SABER este o dezvoltare evolutivă a motoarelor LACE și LACE, dezvoltate de Alan Bond la începutul / mijlocul anilor 1980 ca parte a proiectului HOTOL.

Structural, acesta este un singur motor cu un ciclu de funcționare combinat, care are două moduri de funcționare. Modul cu jet de aer combină un turbocompresor cu un schimbător de căldură ușor situat în spatele conului de admisie a aerului. La viteză mare, schimbătorul de căldură răcește aerul cald comprimat de admisia de aer, ceea ce permite un raport de compresie neobișnuit de ridicat în motor. Aerul comprimat este apoi alimentat în camera de ardere, ca un motor rachetă convențional, unde aprinde hidrogenul lichid. Temperatura scăzută a aerului permite utilizarea aliajelor ușoare și reducerea greutății totale a motorului - ceea ce este foarte important pentru intrarea pe orbită. Adăugăm că, spre deosebire de conceptele LACE care au precedat acest motor, SABER nu lichefiază aerul, ceea ce îl face mai eficient.

Fig. 1. Avioane aeronautice Skylon și motor SABER

După închiderea conului de admisie a aerului la o viteză de M = 5,14 și o altitudine de 28,5 km, sistemul continuă să funcționeze într-un ciclu închis al unui motor rachetă performant care consumă oxigen lichid și hidrogen lichid din rezervoarele de la bord, permițând Skylon să atinge viteza orbitală după ieșirea din atmosferă într-o urcare abruptă.

De asemenea, pe baza motorului SABER, a fost dezvoltat un jet de aer, numit Scimitar, pentru promițătorul avion de pasageri hipersonic A2, care se dezvoltă în cadrul programului LAPCAT finanțat de Uniunea Europeană.

În noiembrie 2012, Reaction Engines a anunțat finalizarea cu succes a unei serii de teste care validează funcționalitatea sistemului de răcire a motorului, unul dintre principalele obstacole în calea finalizării proiectului. Agenția Spațială Europeană (ESA) a evaluat, de asemenea, schimbătorul de căldură-răcitor al motorului SABER și a confirmat disponibilitatea tehnologiei necesare pentru a transforma motorul în metal.

Fig. 2. Modelul motor SABER

Istorie

Ideea unui motor pre-răcit i-a venit pentru prima dată lui Robert Carmichael în 1955. Aceasta a fost urmată de ideea unui motor de aer lichefiat (LACE), studiat inițial de Marquardt și General Dynamics în anii 1960, ca parte a proiectului Aerospaceplane al Forțelor Aeriene ale SUA.
Sistemul LACE este situat direct în spatele admisiei de aer supersonice - astfel aerul comprimat curge direct în schimbătorul de căldură unde este răcit instantaneu folosind o parte din hidrogenul lichid stocat la bord ca combustibil. Aerul lichid rezultat este apoi procesat pentru a extrage oxigenul lichid, care intră în motor. Cu toate acestea, cantitatea de hidrogen încălzit trecută prin schimbătorul de căldură este mult mai mare decât poate fi arsă în motor, iar excesul său este pur și simplu descărcat peste bord (cu toate acestea, dă și o oarecare creștere a forței).

În 1989, când finanțarea proiectului HOTOL a fost întreruptă, Bond și alții au format Reaction Engines Limited pentru a continua cercetarea. Schimbătorul de căldură al motorului RB545 (care trebuia folosit în proiectul HOTOL) a avut unele probleme cu fragilitatea structurii, precum și un consum relativ ridicat de hidrogen lichid. De asemenea, a fost imposibil să-l folosim - brevetul pentru motor a aparținut Rolls Royce, iar cel mai semnificativ argument a fost că motorul a fost declarat secret. Prin urmare, Bond a continuat să dezvolte un nou motor SABER, dezvoltând ideile prezentate în proiectul anterior.

Începând cu noiembrie 2012, testarea echipamentelor a fost finalizată sub tema „Tehnologia schimbătorului de căldură critică pentru motorul rachetă hibrid alimentat cu oxigen cu aer / lichid”. Aceasta a fost o etapă importantă în procesul de dezvoltare SABER și a demonstrat viabilitatea tehnologiei către potențiali investitori. Motorul se bazează pe un schimbător de căldură capabil să răcească aerul de intrare până la -150 ° C (-238 ° F). Aerul răcit se amestecă cu hidrogen lichid și arde, oferind un impuls pentru zborul atmosferic, înainte de a trece la oxigenul lichid din rezervoare, atunci când zboară în afara atmosferei. Testarea cu succes a acestei tehnologii critice a confirmat că schimbătorul de căldură poate satisface cererea motorului pentru suficient oxigen din atmosferă pentru a funcționa cu eficiență ridicată în condiții de zbor la joasă altitudine.

La Farnborough Airshow din 2012, David Willets, care este secretarul de stat pentru universități și știință al Regatului Unit, a ținut un discurs pe această temă. În special, el a spus că acest motor, dezvoltat de Reaction Engines, poate afecta cu adevărat condițiile jocului din industria spațială. Testarea cu succes a sistemului de pre-răcire este o dovadă a aprecierii conceptului de motor de către Agenția Spațială din Marea Britanie în 2010. Ministrul a mai adăugat că dacă într-o zi vor reuși să folosească această tehnologie pentru a efectua propriile zboruri comerciale, va fi, fără îndoială, o realizare fantastică.

Ministrul a menționat, de asemenea, că există puține probabilități ca Agenția Spațială Europeană să fie de acord să finanțeze Skylon, astfel încât Regatul Unit ar trebui să fie gata să construiască nava spațială, în principal cu fonduri proprii.

Fig. 3. Avioane aeronautice Skylon - dispunere

Următoarea fază a programului SABER implică testarea la sol a unui model la scară al motorului capabil să demonstreze un ciclu complet. ESA și-a exprimat încrederea în construcția cu succes a demonstrantului și a declarat că va reprezenta „o etapă importantă în dezvoltarea acestui program și o descoperire în propulsie la nivel mondial”.

Proiecta

Fig. 4. Aspect motor SABER

La fel ca RB545, designul SABER este mai aproape de un motor rachetă tradițional decât de un jet de aer. Motorul hibrid pre-răcit Jet / Rocket folosește combustibil lichid cu hidrogen în combinație cu un oxidant furnizat fie ca aer gazos printr-un compresor, fie cu oxigen lichid furnizat din rezervoarele de combustibil printr-o turbopompa.

În partea din față a motorului este o priză de aer simplă, simetrică axial, în formă de con, care frânează aerul la viteze subsonice folosind doar două unde de șoc reflectate.

O parte din aer prin schimbătorul de căldură către partea centrală a motorului, iar restul trece prin canalul inelar către al doilea circuit, care este un motor ramjet convențional. Partea centrală, situată în spatele schimbătorului de căldură, este un turbocompresor acționat de gazul de heliu care circulă într-un canal închis al ciclului Brighton. Aerul comprimat de compresor este alimentat la presiune ridicată către cele patru camere de ardere ale motorului rachetă cu ciclu combinat.

Fig. 5. Ciclul motor SABER simplificat

Schimbător de căldură

Aerul care intră în motor la viteze super / hipersonice devine foarte fierbinte după ce a fost frânat și comprimat în admisia de aer. Temperaturile ridicate la motoarele cu reacție au fost în mod tradițional manipulate prin utilizarea aliajelor grele pe bază de cupru sau nichel, prin reducerea raportului de compresie a compresorului, precum și prin reducerea vitezei, pentru a evita supraîncălzirea și topirea structurii. Cu toate acestea, pentru o navă spațială cu o singură treaptă, astfel de materiale grele nu sunt aplicabile, iar forța maximă posibilă este necesară pentru a intra pe orbită în cel mai scurt timp posibil, pentru a minimiza gravitatea pierderilor.

Când se utilizează heliu gazos ca purtător de căldură, aerul din schimbătorul de căldură este substanțial răcit de la 1000 ° C la -150 ° C, evitându-se în același timp lichefierea aerului sau condensarea vaporilor de apă pe pereții schimbătorului de căldură.

Fig. 6. Modelează unul dintre modulele schimbătorului de căldură

Versiunile anterioare ale schimbătorului de căldură, precum cele utilizate în proiectul HOTOL, au trecut combustibilul cu hidrogen direct prin schimbătorul de căldură, dar utilizarea heliului ca circuit intermediar între aer și combustibilul rece a eliminat problema fragilității hidrogenului în proiectarea schimbătorului de căldură. . Cu toate acestea, o răcire bruscă a aerului promite anumite probleme - este necesar să se prevină blocarea schimbătorului de căldură de către vaporii de apă înghețați și alte fracțiuni. În noiembrie 2012, a fost demonstrată o probă de schimbător de căldură, capabil să răcească aerul atmosferic la -150 ° C în 0,01 s.
Una dintre inovațiile schimbătorului de căldură SABER este plasarea în spirală a tuburilor cu agentul frigorific, care promite să crească semnificativ eficiența acestuia.

Fig. 7. Un prototip al schimbătorului de căldură SABER

Compresor

La o viteză de M = 5 și o altitudine de 25 de kilometri, care este 20% din viteza orbitală și altitudinea necesară pentru a intra pe orbită, aerul răcit într-un schimbător de căldură intră într-un turbocompresor foarte obișnuit, similar din punct de vedere structural cu cele utilizate în turboreactorul convențional motoare, dar asigurând un raport de compresie neobișnuit de ridicat, datorită temperaturii extrem de scăzute a aerului de intrare. Acest lucru permite comprimarea aerului la 140 de atmosfere înainte de a fi alimentat în camerele de ardere ale motorului principal. Spre deosebire de motoarele cu turboreactor, un turbocompresor este acționat de o turbină situată într-un circuit de heliu, mai degrabă decât din acțiunea produselor de ardere, ca în cazul motoarelor turboconvenționale convenționale. Astfel, turbocompresorul funcționează pe căldura generată de gelul din schimbătorul de căldură.

Ciclul heliului

Căldura este transferată din aer în heliu. Heliul fierbinte de la schimbătorul de căldură heliu-aer este răcit în schimbătorul de căldură heliu-hidrogen, emanând căldură combustibilului hidrogen lichid. Circuitul de circulație cu heliu funcționează conform ciclului Brighton, atât răcind motorul în puncte critice, cât și antrenând turbine de putere și numeroase componente ale motorului. Restul energiei termice este folosit pentru a evapora o parte din hidrogen, care este ars într-un circuit extern cu flux direct.

Toba de esapament

Pentru a răci heliul, acesta este pompat printr-un rezervor de azot. În prezent, nu se folosește azot lichid pentru teste, ci apa, care se evaporă, scăzând temperatura heliului și înăbușind zgomotul din gazele de eșapament.

Motor

Datorită faptului că motorul rachetă hibrid are o împingere statică departe de zero, aeronava poate decola într-un mod normal, cu jet de aer, fără asistență, la fel ca cele echipate cu motoare convenționale cu turboreactor. Pe măsură ce urcați și coborâți presiunea atmosferică, tot mai mult aer este direcționat către compresor, iar eficiența compresiei în admisia de aer scade doar. În acest mod, motorul cu reacție poate funcționa la o altitudine mult mai mare decât ar fi posibil în mod normal.
Când viteza M = 5,5 este atinsă, motorul cu jet de aer devine ineficient și se oprește, iar acum oxigenul lichid și hidrogenul lichid stocat la bord intră în motorul rachetă, până când se atinge viteza orbitală (comparabilă cu M = 25). Unitățile de turbopompe sunt antrenate de același circuit cu heliu, care acum primește căldură în „camere de precombustie” speciale.
O soluție neobișnuită de proiectare pentru sistemul de răcire al camerelor de ardere - un oxidant (oxigen aer / lichid) este utilizat ca agent de răcire în loc de hidrogen lichid, pentru a evita consumul excesiv de hidrogen și încălcarea raportului stoichiometric (raportul combustibil la oxidant).

Al doilea punct important este duza cu jet. Eficiența unei duze cu jet depinde de geometria acesteia și de presiunea atmosferică. În timp ce geometria duzei rămâne neschimbată, presiunea se schimbă semnificativ odată cu altitudinea, prin urmare, duzele care sunt extrem de eficiente în atmosfera inferioară își pierd semnificativ eficacitatea pe măsură ce ating altitudini mai mari.
În sistemele tradiționale cu mai multe etape, acest lucru este depășit prin simpla utilizare a geometriilor diferite pentru fiecare etapă și faza corespunzătoare a zborului. Dar într-un sistem cu o singură treaptă, folosim aceeași duză tot timpul.

Fig. 8. Compararea funcționării diferitelor duze cu jet în atmosferă și vid

Ca ieșire, este planificat să se utilizeze o duză de expansiune specială (duză ED) - o duză cu jet reglabilă dezvoltată în cadrul proiectului STERN, care constă dintr-un clopot tradițional (deși relativ mai scurt decât cel obișnuit) și un corp central reglabil care deviază fluxul de gaz către pereți. Prin schimbarea poziției corpului central, este posibil să se asigure că evacuarea nu ocupă întreaga zonă a tăieturii inferioare, ci doar o secțiune inelară, reglând aria pe care o ocupă în funcție de presiunea atmosferică.

De asemenea, într-un motor cu mai multe camere, puteți regla vectorul de împingere schimbând aria secțiunii transversale și, prin urmare, contribuția la împingerea totală a fiecărei camere.

Fig. 9. Duza cu jet de expansiune-deflexie (duza ED)

Circuit cu flux direct

Respingerea lichefierii aerului a sporit eficiența motorului, reducând costul lichidului de răcire prin reducerea entropiei. Cu toate acestea, chiar și răcirea simplă a aerului necesită mai mult hidrogen decât poate fi ars în circuitul primar al motorului.

Excesul de hidrogen este evacuat peste bord, dar nu doar așa, ci este ars într-o serie de camere de ardere, care sunt situate în canalul de aer inelar exterior, care formează partea cu flux direct al motorului, în care a intrat aerul care a intrat. ocolind schimbătorul de căldură intră. Al doilea circuit cu flux direct reduce pierderile datorate rezistenței aerului care nu intră în schimbătorul de căldură și asigură, de asemenea, o parte din împingere.
La turații mici, o cantitate foarte mare de aer ocolește schimbătorul de căldură/compresorul, iar pe măsură ce viteza crește, pentru a menține eficiența, cea mai mare parte a aerului, dimpotrivă, intră în compresor.
Acest lucru distinge sistemul de un motor cu turbo-flux direct, unde totul este exact opusul - la turații mici, mase mari de aer trec prin compresor, iar la turații mari - ocolindu-l, printr-un circuit cu flux direct, care devine astfel eficient, că are un rol principal.

Performanţă

Raportul de presiune-greutate proiectat de SABER este presupus a fi peste 14 unități, în timp ce raportul de presiune-greutate al motoarelor cu reacție convenționale este cuprins între 5 și doar 2 pentru motoarele ramjet supersonice. Această performanță ridicată provine din utilizarea aerului răcit, care devine foarte dens și necesită o compresie mai mică și, mai important, temperaturile scăzute de funcționare fac posibilă utilizarea aliajelor ușoare pentru cea mai mare parte a designului motorului. Performanța generală promite să fie mai mare decât RB545 sau motoarele ramjet supersonice.

Motorul are un impuls specific ridicat în atmosferă, care atinge 3500 sec. Pentru comparație, un motor de rachetă convențional are un impuls specific în cel mai bun caz de aproximativ 450 și chiar și un motor de rachetă nuclear promițător „termic” promite să atingă doar 900 de secunde.

Combinația dintre consumul ridicat de combustibil și masa redusă a motorului oferă Skylon capacitatea de a ajunge pe orbită într-un mod cu o singură etapă, în timp ce funcționează ca un jet de aer până la o viteză de M = 5,14 și o altitudine de 28,5 km. În acest caz, vehiculul aerospațial va ajunge pe o orbită cu o sarcină utilă mare în raport cu greutatea la decolare, care nu ar fi putut fi atinsă anterior de niciun vehicul non-nuclear.

La fel ca RB545, ideea pre-răcirii crește masa și complexitatea sistemului, care ar fi în mod normal antiteza proiectării sistemelor de rachete. De asemenea, schimbătorul de căldură este o parte foarte agresivă și complexă a designului motorului SABRE. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că masa acestui schimbător de căldură se presupune a fi cu un ordin de mărime mai mică decât probele existente, iar experimentele au arătat că acest lucru poate fi realizat. Schimbătorul de căldură experimental a realizat un transfer de căldură de aproape 1 GW / m2, care este considerat un record mondial. Au fost deja fabricate module mici ale viitorului schimbător de căldură.

Pierderile din greutatea suplimentară a sistemului sunt compensate într-un ciclu închis (schimbător de căldură-turbocompresor) la fel cum greutatea suplimentară a aripilor Skylon mărește greutatea totală a sistemului, contribuind de asemenea la creșterea generală a eficienței mai mult decât la scade-l. Acest lucru este în mare parte compensat de diferite căi de zbor. Vehiculele de lansare convenționale lansează vertical, cu viteze extrem de mici (dacă vorbim despre viteză tangențială mai degrabă decât de viteză normală), această mișcare aparent ineficientă vă permite să străpungeți rapid atmosfera și să câștigați viteza tangențială deja într-un mediu fără aer, fără a pierde viteza din cauza fricțiunii împotriva aerul ...

În același timp, eficiența ridicată a combustibilului motorului SABER permite o ridicare foarte ușoară (la care crește componenta tangențială decât cea normală a vitezei), aerul promovează mai degrabă decât încetinește sistemul (oxidant și fluid de lucru pentru motor , ridicați pentru aripi), rezultând un consum mult mai redus de combustibil pentru a atinge viteza orbitală.

Unele caracteristici

Impingerea golului - 2940 kN
Impingere la nivelul mării - 1960 kN
Raportul tracțiune-greutate (motor) - aproximativ 14 (în atmosferă)
Impuls specific în vid - 460 sec
Impuls specific la nivelul mării - 3600 sec

Avantaje

Spre deosebire de motoarele rachete tradiționale și, ca și alte tipuri de motoare cu reacție, un motor cu reacție hibrid poate folosi aerul pentru a arde combustibil, reducând greutatea necesară a propulsorului, crescând astfel greutatea sarcinii utile.

Motoarele ramjet și scramjet trebuie să petreacă o perioadă mare de timp în atmosfera inferioară pentru a atinge o viteză suficientă pentru a intra pe orbită, ceea ce aduce în prim-plan problema încălzirii intense în hipersunet, precum și pierderea ca urmare a greutății semnificative. și complexitatea protecției termice.

Un motor cu reacție hibrid ca SABER trebuie doar să atingă o viteză hipersonică scăzută (reamintim: hipersonul este totul după M = 5, prin urmare M = 5.14 este chiar începutul gamei de viteze hipersonice) în atmosfera inferioară, înainte de a trece la un ciclu închis de funcționare și o ascensiune abruptă cu accelerație în modul rachetă.

Spre deosebire de un motor ramjet sau scramjet, SABER este capabil să ofere o tracțiune ridicată de la viteza zero la M = 5.14, de la sol la altitudini mari, cu eficiență ridicată pe întreaga gamă. În plus, capacitatea de a crea tracțiune la turație zero înseamnă că motorul poate fi testat la sol, ceea ce reduce semnificativ costurile de dezvoltare.

O serie de link-uri sunt, de asemenea, oferite în atenția dumneavoastră.

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 mai a făcut primele teste de tragere ale precamera AR1, care încă nu are un mostra de lucru. 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 montat pe rapelele laterale ale rachetei super-grele sovietice Energia (de fapt, acestea sunt primele etape ale vehiculului de lansare ruso-ucrainean). Contractul pentru crearea unui motor pentru Statele Unite între (azi divizia 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 medie-grea Falcon 9, am decis să le minimizez. Din 2007, Boeing și Lockheed Martin, producătorul Atlas V, gestionează lansările vehiculelor lor printr-o societate mixtă numită ULA (United Launch Alliance). În SUA, această companie are mari probleme. 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 moduri de a continua afacerea. Primul este să abandonezi racheta 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 s-au gândit că vor începe să lucreze cu noi și în patru ani ne vor lua tehnologiile și le vor reproduce ei înșiși. 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: 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 propulsie lichidă cu ciclu închis, kerosenul este folosit ca combustibil, un oxidant este
oxigen. Acest lucru permite 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 a depășit această etapă importantă, am ajuns la concluzia că AR1 va fi gata să zboare în 2019”, a declarat Eileen Drake, CEO și președinte 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, se folosește 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 admite 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 de rachetă cu combustibil lichid.

Compania a promis că va reveni în curând la testare. Din mesajul publicat de Blue Origin, după cum remarcă Ars Technica, amploarea accidentului este neclară, dar „faptul că Blue Origin este o companie relativ secretă (comparativ cu aceeași SpaceX - aproximativ "Lenta.ru") a împărtășit în general această informație, este orientativă.” 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 asta, dar trebuie menționat 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 în producția de BE-4 și de fapt 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 își va găsi folosință, poate fi instalat, de exemplu, pe prima treaptă a unei rachete grele dezvoltată 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 etapă (BE-4 sau AR1) pot fi refolosite după aterizare folosind scuturi de protecție (pentru a preveni supraîncălzirea de la frecare la căderea în atmosferă) și parașute. ULA intenționează să folosească site-urile de la Cape Canaveral din Florida sau Baza Forțelor 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.