1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое сопла ракетного двигателя

Поднатужился и смог. Илон Маск заявил о том, что побил рекорд российского ракетного двигателя РД-180

Об успешных испытаниях, в ходе которых давление в камере сгорания достигло почти 269 атмосфер, сообщил основатель и владелец SpaceX Илон Маск. На выложенном им графике проведена линия на уровне 267 атмосфер: она, по заявлению Маска, соответствует рабочему давлению в камере сгорания РД-180. И хотя НПО «Энергомаш» у себя на сайте указывает иное значение (261 атмосферу), принципиально картину это не меняет — у российского двигателя, который сам Маск называет «превосходным», похоже, скоро появится серьезный конкурент.

Raptor reached 268.9 bar today, exceeding prior record held by the awesome Russian RD-180. Great work by @SpaceX engine/test team! pic.twitter.com/yPrvO0JhyY

Raptor reached 268.9 bar today, exceeding prior record held by the awesome Russian RD-180. Great work by @SpaceX engine/test team! pic.twitter.com/yPrvO0JhyY

Давление в камере сгорания — это не единственный, но довольно важный показатель эффективности двигателя. «Чердак» предлагает разобраться, к чему стремятся конструкторы ракетных двигателей.

Плоское сопло для российских боевых самолётов: от советских наработок до перспективы

Преимущества конструкции плоского сопла

Примерно с 80-х годов прошлого века авиаконструкторы обнаружили ряд преимуществ для двигателей военных самолетов, которые может принести использование сопла с плоской формой сечения.

С одной стороны, такая конструктивная особенность улучшает взлетно-посадочные характеристики (ВПХ) самолета и делает его более маневренным.

А с другой, она позволяет боевой машине стать менее заметной для РЛС противника. Это объясняется тем, что контуры осесимметричного сопла круглого сечения очень сложно согласовать с другими элементами конструкции самолета, чтобы сделать самолет не таким заметным для радаров. Гораздо легче этого добиться, если использовать плоское «реактивное» сопло. Помимо этого, чтобы еще более снизить радиозаметность, при изготовлении такого сопла задействуют материалы, способные поглощать излучение.

Дополнительно инфракрасное излучение самолета, использующего такую форму сопла, также уменьшается. Этого позволяет добиться соотношение высоты и ширины сопла, существенно снижая температуру исходящей струи.

Конечно, у такой формы сопла есть и недостатки. Во-первых, при переходе от круглого сечения двигателя к прямоугольной форме сопла происходит некоторая потеря давления. В лучшем случае, теряется около пяти процентов. Второй недостаток – это необходимость усиления жесткости и прочности сопла, так как конструкция такой формы испытывает большую нагрузку, чем сопло круглого сечения.

Но все эти недостатки с лихвой перекрываются преимуществами.

Первый российский самолет с плоским соплом

Первым в мире самолетом, где была воплощена новая идея, стал американский F-15, который выполнил первый экспериментальный полет в 1988 году. Позднее плоские сопла стали использовать в «стелс»-самолетах F-117 и F-22 Raptor. Хотя в России внедрением в военную авиацию сопла с плоским сечением занялись почти одновременно с американцами, мы в этой области отстали. И не потому, что наши специалисты хуже американских, просто в СССР начались тогда трудные времена: развал Советского Союза чуть было не привел к полному уничтожению и ОПК страны. Просто не до самолетов тогда было, откровенно.

В период своего заката Советский Союз стоял на пороге серийного производства истребителя нового поколения, оснащенного двигателем с плоским соплом. Изначально он назывался Су-27КМ. Самолет начали разрабатывать в 1988 году. Формально он считался модификацией корабельного истребителя Су-27К («М» — это «модернизированный»). Но по своей сути он был абсолютно новой разработкой. Главными его особенностями стали крылья изменяемой стреловидности и два двигателя с одним общим плоским соплом. Такая форма сопла позволяла снизить ИК-заметность и упрощала управление вектором тяги. По какой-то причине проект был в 1989 году закрыт (это отдельная история). В 1990 году прототип стал летающей лабораторией. Всё шло хорошо, самолёт отлично себя показал во время испытательных полетов, но из-за развала СССР и последовавшего за этим кризиса во всех сферах, включая ОПК, все работы пришлось свернуть. Есть и продолжение этой истории, но оно уже не касается применения в российской авиации двигателей с плоским соплом.

Читать еще:  Шестипроводная схема подключения двигателя

Двигатели с плоским соплом сегодня и завтра

Длительное время к применению плоского сопла российские авиастроители не возвращались. Скорее всего, на это были свои причины. Но совсем недавно было решено к этой идее вернуться.

Это связано с созданием первого российского истребителя пятого поколения Су-57. Не буду погружаться в долгую и драматичную историю создания самолета. Во-первых, она еще не закончилась, а во-вторых, это отдельная тема, которую в двух словах не раскрыть.

Упомяну лишь о моментах, касающихся возможного применения в этом самолете двигателей с плоским соплом.

Как известно, разработка Су-57 длится уже много лет, еще с начала 2000-х годов, причем сроки перехода к серийному производству много раз откладывались. Изначально первые самолеты планировали передать в войска еще в 2015 году. И хотя в прошлом году первый серийный Су-57 упал во время испытаний, специалисты считают эту боевую машину очень удачной. Уже есть несколько прототипов, более десятка. Это доказывает хотя бы тот факт, что в августе 2018 года ОКБ «Сухого» получило контракт от Минобороны РФ, согласно которому российские военные за период с 2020 по 2027 год должны получить 76 самолетов Су-57, не считая ещё двух, заказанных ранее.

Партии истребителей, которые поступят на вооружение, будут оснащены уже существующими серийными двигателями АЛ-41Ф1 с круглым осесимметричным сечением сопла. Подобные силовые агрегаты устанавливают на Су-35С. Истребители Су-57 с такими двигателями будут поставляться в войска ориентировочно до середины 2020-х годов.

А затем вместо этого двигателя в Су-57 начнут устанавливать так называемое «Изделие 30». О его технических характеристиках известно немного, но по некоторым данным в нем будет использовано плоское сопло. Собственно, этого и следовало ожидать. Но с учетом того, что планы разработчиков и сроки могут еще несколько раз поменяться, трудно сказать, когда именно у российских военных появятся боевые самолеты, оборудованные двигателями с плоским соплом. При этом стоит сказать, что не так давно появились изображения модели ударного БПЛА «Охотник», сопло которого было именно плоским.

Спасение от перехвата и чрезмерная стоимость. Потенциал и перспективы программы DARPA DRACO

Агентство перспективных разработок DARPA продолжает поиски технологий, позволяющих повысить живучесть и устойчивость военной орбитальной группировки. Наиболее смелое предложение в этой области предусматривает создание ядерной двигательной установки DRACO для спутников, при помощи которой они смогут маневрировать и уходить из-под удара. Такая концепция выглядит весьма интересно, однако имеет как преимущества, так и недостатки.

Перспективная разработка

Новую программу DRACO (Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations – «Демонстрационная ракета для гибких операций в межлунном пространстве») запустили около года назад. Были составлены общие планы по проведению тех или иных работ, а также определены ключевые требования и технологии проекта. Кроме того, начался поиск исполнителей.

В сентябре 2020 г. DARPA подписало соглашение с компанией Gryphon Technologies. В течение нескольких следующих лет она должна будет оказывать научную и технологическую поддержку разработчикам двигателя DRACO. Стоимость заключенного контракта достигла 14 млн долл.

В апреле этого года стали известны планы на ближайшее будущее; также были заключены новые соглашения с исполнителями работ.

В ближайшие 18 месяцев предполагается выполнить проектные работы, разделенные на два направления – Track A и Track B. Целью «Трека А» является разработка нового ядерного ракетного двигателя. В рамках параллельного проекта «B» проработают облик «операционного» космического аппарата под такой двигатель (Operational System – OS), а также создадут демонстратор технологий (Demonstration System – DS).

Читать еще:  Возможные неисправности двигателей их причины и методы устранения

Исполнителем проекта Track A назначена компания General Atomics; ей будет помогать Gryphon Technologies, ранее привлеченная к программе. Разработку космических аппаратов поручили компаниям Lockheed Martin и Blue Origin. Все участники программы будут постоянно взаимодействовать друг с другом и обмениваться технической и иной информацией.

В июне к DRACO присоединилась еще одна компания – Ultra Safe Nuclear Technologies (USNC-Tech) из состава Ultra Safe Nuclear Corporation (USNC). Ее задачей станет помощь с разработкой обоих «треков» в контексте безопасности двигательной установки и сопутствующих систем.

Таким образом, определен окончательный список участников программы и начаты реальные исследовательские и конструкторские работы. На них планируют потратить несколько лет и сотни миллионов долларов. Первый полет демонстратора DS с двигателем DRACO запланирован на 2025 г. Как сообщалось ранее, ракета-носитель с химическим двигателем выведет DS на орбиту, где и пройдет проверка двигательной установки. Как скоро новые технологии удастся довести до стадии OS и внедрения на практике, неизвестно.

Новые принципы

Целью программы DRACO является создание ядерной двигательной установки типа NTP (Nuclear Thermal Propulsion). Архитектура и принцип работы такого двигателя хорошо известен, однако DARPA пока не публиковало техническое задание и точные характеристики будущего изделия.

Ключевым элементом двигателя NTP / DRACO является ядерный реактор требуемой мощности. Как сообщается, реактор будет использовать уран с уровнем обогащения в пределах 5-20 проц. (т.н. HALEU – High Assay Low Enriched Uranium). Тепло от реактора будет использоваться для нагрева рабочего тела, которым станет сжиженный водород или иное вещество. Жидкое вещество будет испаряться, получать дополнительную энергию и истекать через сопло с высокой скоростью, обеспечивающей необходимую тягу.

По расчетам, двигатель NTP, использующий водород, по общим характеристикам и возможностям будет примерно вдвое эффективнее и экономичнее химического. Это даст известные выгоды при разработке и эксплуатации космических кораблей. В частности, можно будет уменьшать баки для водородного «топлива» и сокращать общую массу корабля.

Главной целью проекта DRACO является повышение безопасности космических аппаратов военного назначения на низких орбитах. Развитые страны, рассматриваемые в качестве вероятных противников США, имеют или разрабатывают противоспутниковое вооружении. Соответственно, в ходе полномасштабного конфликта орбитальная группировка Пентагона рискует быстро потерять, как минимум, часть техники и возможностей.

Главным результатом проекта DRACO должна стать универсальная ядерная двигательная установка, пригодная для монтажа на космические аппараты различного назначения. С ее помощью предлагается выводить спутники из-под удара противоспутниковых ракет или аппаратов-перехватчиков.

Принцип такой защиты достаточно прост. При обнаружении атаки ядерный двигатель должен будет быстро перевести аппарат на другую орбиту, в т.ч. более высокую, за пределами досягаемости оружия противника. После исчезновения угрозы DRACO сможет вернуть аппарат на прежнюю орбиту. Высокая экономичность по ядерному топливу и рабочему телу позволит совершать такие маневры неоднократно.

Потенциал проекта

На уровне ключевых идей и концепций программа DRACO выглядит достаточно интересной и многообещающей. В то же время, очевидно, что разработка всех необходимых компонентов будет связана с серьезными трудностями и окажется достаточно дорогой. Удастся ли преодолеть все ожидаемые и внезапные сложности и выполнить все планы – покажет время.

Идея о применении экономичной двигательной установки для вывода спутника из-под удара имеет высокий потенциал и представляет большой интерес. Существующие и перспективные противоспутниковые ракеты и аппараты-перехватчики предназначаются для поражения орбитальных целей на известной траектории, которая позволяет рассчитать точку упреждения.

Читать еще:  Что скрипит в двигателе ваз 2112

Внезапное изменение параметров орбиты цели, как минимум, снизит эффективность такого оружия. Противнику придется запускать новые средства перехвата, успешное применение которых тоже не гарантировано. Также DRACO сможет поднимать спутник выше рубежа перехвата – это сделает любые ракеты и боевые космические аппараты бесполезными.

Впрочем, получение таких возможностей связано с целым рядом трудностей разного рода. В первую очередь, следует учитывать, что двигатели типа NTP, пригодные для интеграции в ракетно-космическую технику, пока существуют только на теоретическом уровне. Компаниям General Atomics, Gryphon Tech., USNC-Tech и др. только предстоит найти все необходимые технологии и создать полноценный работающий двигатель.

Следует отметить, что DARPA проявляет определенный оптимизм и планирует провести первый орбитальный полет OS / DRACO уже в 2025 г. Это может указывать на проведение и успешное завершение части научно-исследовательских работ. По их результатам начнется разработка полноценного проекта. При всей сложности поставленных задач, у участников программы все еще остается достаточно времени до указанных сроков.

Программа DRACO, как и множество других многообещающих проектов, может столкнуться с проблемами финансового характера. Точная стоимость разработки принципиально нового двигателя и сопутствующих изделий еще не определена, хотя уже ясно, что речь идет о сотнях миллионов или миллиардах долларов. Высокая стоимость в сочетании со сложностью и техническими рисками может стать поводом для самой жесткой критики или даже для закрытия проекта.

Успешное завершение разработки и проведение испытаний DS и OS с изделием DRACO тоже не гарантирует полный успех. Перспективная ядерная установка разрабатывается для использования на космических аппаратах. Сколько будут стоить серийные двигатели и как они повлияют на стоимость обновления орбитальной группировки – большой вопрос.

В отдаленном будущем наработки по DRACO могут найти применение в разных сферах ракетно-космической отрасли, где требуются компактные и экономичные двигательные установки. Однако подобные перспективы целого направления прямо зависят от результатов нынешнего проекта. Если оно не устроит военных и конгрессменов, не стоит удивляться, что гражданская космонавтика тоже откажется от ядерных двигателей.

С неопределенным будущим

Как и полагается организации перспективных разработок в оборонной сфере, агентство DARPA вновь пытается создать полноценный ядерный ракетный двигатель, причем для решения конкретных задач и с прицелом на применение в реальных проектах. Предлагаемые идеи представляют большой интерес и новый проект действительно способен создать большой задел на будущее, когда противоспутниковое оружие станет реальной и серьезной угрозой.

Однако успешное завершение программы DRACO пока остается под вопросом. Перед ней стоят весьма сложные задачи, решение которых вряд ли будет быстрым, недорогим и простым с точки зрения науки и техники. Соответственно, программа рискует столкнуться с задержками, недостатком финансирования и другими проблемами. Удастся ли соблюсти все сроки, уложиться в смету и создать технику с требуемыми характеристиками – станет ясно в течение нескольких следующих лет.

Вывод

Топливная рампа – целая небольшая система, находящаяся внутри автомобиля. За исправностью работы этой системы нужно следить, хоть сама по себе она полноценна и крайне живуча. Автолюбители нередко жалуются на работу топливной системы, однако в большинстве случаев проблемы кроются в неисправностях топливного насоса и форсунок. Если у вас возникли подозрения, что проблема локализуется в районе рампы, непременно обратитесь к специалистам или хотя бы проведите диагностику самостоятельно. Если проблему игнорировать, масштаб проблем окажется немалым: машина начнет расходовать много топлива, двигатель будет троить и нестабильно работать на холостых и при наборе скорости, а также изменится состав выхлопных газов.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector