О сгущенном бензине и гибридных двигателях

Вс, 01/18/2015 - 20:34

Двигатель ракеты «09»

Заправка ракеты «09» кислородом

Устройство челнока с ГРД


Первый космический челнок с ГРД

Трудная дорога к старту

В исходном состоянии новый продукт легко поддавался формовке. Горел слоями спокойно и устойчиво. Имея невысокую теплопроводность, вполне годился для защиты стенок камеры сгорания от высоких температур. Для этого внутри камеры, футерованной асбестом, аксиально установили сетчатый металлический цилиндр. Образовавшуюся кольцевую полость заполнили твердым бензином. Толстый слой бензина, препятствуя контакту раскаленных газов с внутренней стенкой камеры, надежно защищал ее от прогара. Одновременно с двигателем проектировали и саму ракету, получившую шифр «09».
С апреля 1933 года на полигоне в Нахабино приступили к огневым испытаниям опытного образца. В поисках эффективного способа зажигания испробовали разные варианты, но все они оказывались ненадежными. В одном из опытов с пороховым воспламенителем произошел взрыв. Площадку заволокло клубами дыма. Ефремова, находившегося ближе всех к стенду, оглушило. На выручку бросился Сергей Павлович Королев. Не растерявшись, он выдернул Николая из опасной зоны. Осмыслив произошедшее, решили опыты с пиротехническими воспламенителями пока прекратить и, по предложению Королева, заняться отработкой электрического искрового зажигания. Результаты оказались подходящими. После нескольких успешных запусков двигатель признали соответствующим техническим требованиям. На этапе комплексной отработки ракеты с двигателем на твердом горючем сложности появились там, где их меньше всего ждали: начали капризничать отсечные клапаны, открывавшие доступ жидкого кислорода из бака ракеты в двигатель. Они обледеневали и либо не открывались полностью, либо плотно не закрывались при отсечке подачи окислителя. От этого двигатель работал неустойчиво и не создавал требуемой тяги. Из-за этих клапанов несколько раз переносили запуск ракеты. Наконец, 17 августа 1933 года первая советская ракета «09» с двигателем на отверженном бензине, плавно выскользнув с направляющих ферм пусковой установки, устремилась в небо, достигнув высоты 400 метров. Это была победа…

Новое — это хорошо забытое старое

Однако, твердый бензин из-за невысоких энергетических свойств и трудностей с газификацией в камере не получил дальнейшего применения. Успехи в отработке жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) и ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ), которыми по сей день оснащаются космические корабли-носители и тяжелые баллистические ракеты, казалось, навсегда похоронили эту идею. Но как часто бывает в технике, неказистый на вид двигатель стал основоположником целого научного направления — гибридных ракетных двигателей (ГРД). Развивалось оно не ровно. Были годы, когда после трагических взрывов на старте ракет с ЖРД или РДТТ вновь хватались за «гибриды», считая их чуть ли не панацеей от всех бед. Но при кажущейся простоте, коварные движки в очередной раз загоняли конструкторов в тупик. Главной проблемой, как и в тридцатые годы, оставалась быстрая газификация твердого горючего. Дело в том, что горение в камере двигателя — это химический процесс в замкнутом объеме. Развивается он тем активнее, чем выше давление и лучше (в строго определенных пропорциях) предварительное перемешивание газообразных горючего и окислителя. В «гибридах» горючее в исходном состоянии — твердое вещество, и для его газификации нужно тепло и время. Причем при минимуме затрат тепла и времени требуется много газов. Потолкавшись в плотно запертую дверь, ГРД вновь забрасывали и продолжали идти проторенным, т.е. опасным путем до следующего резонансного ЧП.
В конце 80-х годов прошлого века, когда стало ясно, что традиционные двигатели в своей энергетике достигли возможного, а устоявшиеся подходы к решению усложняющихся задач начинают тормозить развитие космонавтики, с архивных полок вновь достали папки с материалами по неподдающимся «гибридам». Тщательно обсчитав (с учетом возможностей современных технологий) технические характеристики ЖРД, РДТТ и ГРД, удивились. При существенной простоте и меньшей пожаровзрывоопасности, ГРД не уступают, а в некоторых случаях даже превосходят по энергетическим показателям ЖРД и РДТТ. И для этого не требуется каких-либо экзотических топливных композиций. Традиционный кислород в паре с полиэтиленом, полихлорвинилом (ПХВ), парафином и даже резиной может дать великолепные результаты. Но как разгрызть «орешек» быстрой газификации? Навалились на застарелую проблему всем миром —и стали появляться обнадеживающие результаты. Но тут грянула перестройка, похоронившая под руинами вакханалии не только надежды ракетчиков, но и саму страну. А ракетную технику и космонавтику лихие демократы-перестроечники поспешили предать анафеме…

В России сегодня, по данным открытой печати, на профессиональном уровне проблемой ГРД занимаются лишь в Исследовательском Центре им. М.В. Келдыша. Правда, проекты находятся в зачаточном состоянии, и каково их будущее, при равнодушном отношении государства, сказать не берется никто. В Украине, второе десятилетие охваченной митинговыми страстями и клановыми разборками, давшей миру Сергея Королева и имевшей некогда мощнейший ракетный потенциал в Днепропетровске, до этой проблемы вообще никому нет дела. А вот прагматичные американцы в 2004 году (через семьдесят один год после ГИРДовской «девятки») отправили на стокилометровую высоту первый частный космический челнок Space Ship One с гибридным ракетным двигателем. «Гибрид» показал великолепные технические возможности и высокую надежность. Природа не терпит пустоты…

Другие материалы рубрики


  • Ситуация с термоядерной энергетикой сегодня довольно любопытна и имеет общие черты с начинавшейся некогда «космической гонкой». Открытие способа, открывающего доступ к неограниченному источнику энергии, казалось бы, уже «витает в воздухе». Уже всерьёз проектируются термоядерные электростанции. Уже почти видна финишная ленточка и вопрос лишь в том, кто успеет раньше. Руководители развитых государств ревностно следят за «успехами» конкурентов в этой области и боятся остаться «не солоно хлебавши». Эти страхи умело эксплуатируют крупные исследовательские центры, работающие по данной проблеме, добиваясь щедрого финансирования. Вот-вот и пресса возвестит об открытии века...



  • Непредельные углеводороды в небольшом количестве (около 5%) являются практически единственным не содержащимся в природной нефти классом соединений, образующимся в заметных количествах при проведении процесса на кобальтовых катализаторах. Их содержание в нефти не нормируется, а их получение является одной из основных целей нефтехимической переработки природной нефти.
    Таким образом, по всем показателям, определяемым стандартом, СЖУ (синтетические жидкие углеводороды) могут быть отнесены к наиболее ценным сортам нефти. С экономической точки зрения наиболее рациональным использованием СЖУ была бы их раздельная транспортировка с промыслов как более ценного и дорогостоящего продукта, особенно с точки зрения отсутствия серосодержащих соединений и высокой концентрации легких (светлых) фракций.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Чтобы получать тепло из снега, дождя и, что реже, града, нужен АТМОТЕРМ. Это устройство относится к стационарным приборам для нагревания текущих сред, использующий при прохождении данного процесса тепловой эффект экзотермической реакции образования гидроксида кальция из СаО, которая проходит при утилизации снежного покрова на месте его образования.
    Область применения устройства – генерация тепловой энергии для обогрева стен жилых и нежилых помещений, используя атмосферные осадки.
    Исследуя решения в данной области, мы не найдем наверняка устройства, объединяющего в себе функции переработки атмосферных осадков и обогревателя, работающего без подвода электроэнергии, при этом являясь таким экономичным, как атмотерм (экономичность смотрите дальше). Решения, предлагаемые другими авторами (смотри ниже) имеют ряд недостатков: потребляемость большого количества электроэнергии, узкая направленность технологий – только утилизация снега или только генерация тепловой энергии, сложность устройства, лежащее в наличии большого количества комплектующих компонентов, таких как ИК-излучатели и другие подобные устройства.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • ...Возможность установки ветрогенераторов также зависит от климата, а конкретнее – от средней скорости ветра в данной местности. Трудно спрогнозировать, каковы будут скорость и направление ветра в определенный момент. Но если рассматривать большие временные промежутки, соизмеримые со сроком эксплуатации ветряка, то можно довольно точно сказать, что, например, в течение года в месте его установки будет 4000 часов со скоростью ветра более 4 м/с, что обеспечит гарантированную генерацию, условно говоря, 1000 КВт·ч в год. В частности, у нас средняя скорость ветра составляет около 5 м/с, что вполне пригодно для получения ветровой энергии, так как рекомендуемая скорость ветра для этих целей 4 м/с и более.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Многие десятилетия неизменным элементом пейзажа промышленной нефтедобычи являлись грандиозные факелы, в которых сгорал попутный газ — неизбежный спутник нефтедобычи. Громадные шлейфы дыма простирались на десятки и сотни километров и были прекрасно видны даже из космоса. Так было долго и казалось, что так будет всегда. Но все меняется в этом мире, и иногда — в лучшую сторону.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Вопрос смесевых технологий при производстве бензинов давно уже интересует технологов, экологов, энергетиков, автомобилистов и просто любителей всяческих новшеств и современных технологий. Несмотря на множество позитивных моментов, так же как и на наличие определенных недостатков, однозначности в выводах пока еще не присутствует, что оставляет обширные пространства для размышлений и убеждений, похвалы и критики.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • В начале нового тысячелетия почти весь мир столкнулся с новой, весьма болезненной проблемой — истощением топливных запасов планеты. Ученые с каждого угла кричали, что через 30 лет на земле не останется ни капли нефти. Но прошло уже 10 лет, и эти крики понемногу улеглись. Были найдены новые месторождения в Саудовской Аравии, в России разведали новые, огромные запасы сибирской и заполярной нефти. Единственная проблема — добраться до них, но учитывая сегодняшнюю стоимость «черного золота» на мировом рынке, это не будет составлять особого труда.
    Но беда, как известно, не приходит одна. С топливной проблемой пришла проблема загрязнения окружающей среды обитания человека. Продукты сгорания бензина и дизтоплива стали настолько насыщать атмосферу Земли, что экологи забили тревогу. Их главный девиз — «Парниковый эффект!» К сожалению, они до сих пор не могут определиться, чем он грозит нашей планете — глобальным потеплением или новым ледниковым периодом. Впрочем, одно не исключает другое. Сначала довольно сильно потеплеет, арктические льды растают, опять понизят температуру, но настолько сильно, что 2/3 суши (по самым пессимистическим прогнозам) покроется снегом и льдом.
    Что же делать? Отказаться от автомобильного транспорта и вообще от использования нефти и нефтепродуктов? В данный исторический отрезок времени это даже не теория, а какая-то фантазия Гринписа, если не сказать больше. Но нам надо как-то сберечь природу и при этом не нанести вреда экономике, как в мировом масштабе, так и в масштабе отдельной страны. И тут, к огромной радости почти всех экологов (почему почти — будет сказано ниже) на мировую топливную арену семимильными шагами выходит новое горючее — биодизель.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • ...После более чем столетия нескончаемых усовершенствований двигатель внутреннего сгорания все еще имеет коэффициент полезного действия около 16%. КПД всех тепловых двигателей ограничено циклом Карно. Теоретически, даже при идеальных условиях тепловой двигатель, используемый для приведения в движение автомобиля или электрогенератора, не может преобразовать всю тепловую энергию в механическую. Некоторая часть тепла теряется. В двигателе внутреннего сгорания тепло подается от источника с высокой температурой (Т1), часть энергии преобразуется в механическую и оставшаяся часть выбрасывается при низкой температуре (Т2). Чем больше разность между этими температурами, тем выше КПД двигателя...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • ...В современных ВЭС воплощено множество технических идей, отвечающих последним достижениям науки. Вот далеко не полный перечень уникальных систем и механизмов, обеспечивающих эффективную и безопасную работу ветроэлектростанций: система динамического изменения угла атаки (изменяет угол заклинивания лопастей, удерживая тем самым нужный угол атаки); система динамического регулирования скорости вращения ветроколеса в зависимости от нагрузки и скорости ветра (выбирает оптимальный режим работы); система управления рысканием  — электронный флюгер (поворачивает гондолу с ВЭУ по особому закону с учетом доминирующего направления ветра, его порывов и турбуленции); система оперативного регулирования магнитного скольжения асинхронного генератора (используются усовершенствованные асинхронные генераторы с ротором «беличья клетка»)...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5


  • ...В 1949 году О. А. Лаврентьев предложил плазменное решение проблемы синтеза легких ядер в виде электростатической ловушки, однако на тот момент плазма оказалась наименее исследованным состоянием вещества и каждый раз преподносила новые «сюрпризы». Как правило, эти неприятные «подарки» представляли различного рода неустойчивости, приводившие к срыву необходимых режимов работы установок. Осуществление в 1951 году неуправляемой термоядерной реакции в земных условиях в ходе испытательного взрыва водородной бомбы стимулировало проведение исследований, связанных с управляемым термоядерным синтезом (УТС), как источником энергии. Систематические исследования проблемы УТС начались примерно одновременно в Англии, СССР и США в обстановке глубочайшей секретности, так как предполагалось, что их результаты могут найти применение в военных целях. Такие исследования, постепенно приближая решение задачи УТС, привели к развитию целого ряда «побочных» плазменных технологий, которые используются сейчас повсеместно.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3