Skystas raketinis variklis. Kriogeninio kuro skysto raketų variklis Trumpa kūrimo istorija
Visi žinome, kad vienas iš šiuolaikinės žmonijos materialaus gyvenimo pagrindų yra gerai žinomi mineralai nafta ir dujos. Palaiminti angliavandeniliai vienaip ar kitaip yra kiekvienoje mūsų gyvenimo srityje, o pirmas dalykas, kuris kiekvienam žmogui ateina į galvą, yra kuras. Tai benzinas, žibalas ir gamtinės dujos, naudojamos įvairiose energijos sistemose (įskaitant transporto priemonių variklius).
Kiek automobilių pasaulio keliuose ir lėktuvų ore dega jų varikliais... Jų yra didžiulis ir degalų kiekis, kuris, galima sakyti, nuskrenda į kanalizaciją, yra toks pat didžiulis (o kartu ir siekia). prisidėti prie atmosferos nuodijimo :-)). Tačiau šis procesas nėra begalinis. Naftos atsargos, iš kurių pagaminama liūto dalis viso pasaulio kuro (nepaisant to, kad ji palaipsniui nusileidžia gamtinėms dujoms), sparčiai mažėja. Jis nuolat brangsta ir jo vis labiau trūksta.
Ši situacija jau ilgą laiką verčia tyrėjus ir mokslininkus visame pasaulyje ieškoti alternatyvių degalų šaltinių, taip pat ir aviacijai. Viena iš tokios veiklos sričių buvo orlaivių panaudojimo kūrimas kriogeninis kuras.
Kriogeninis reiškia " gimęs iš šalčio“, o degalai šiuo atveju yra suskystintos dujos, kurios laikomos labai žemoje temperatūroje. Pirmosios dujos, patraukusios kūrėjų dėmesį šiuo klausimu, buvo vandenilis. Šių dujų šilumingumas yra tris kartus didesnis nei žibalo, be to, jas naudojant variklyje, į atmosferą patenka vanduo ir labai mažas azoto oksidų kiekis. Tai yra, jis yra nekenksmingas atmosferai.
Lėktuvas TU-154B-2.
Praėjusio amžiaus 80-ųjų viduryje A. N. Tupolevo projektavimo biuras pradėjo kurti orlaivį, kuriame kaip kurą buvo naudojamas skystas vandenilis. Jis buvo sukurtas serijinio TU-154B pagrindu naudojant NK-88 turboreaktyvinį variklį. Šis variklis buvo sukurtas variklių korpuse vardu pavadintas projektavimo biuras. Kuznecova(„Samara“) vėl buvo pagrįstas serijiniu Tu-154 NK-8-2 varikliu ir buvo skirtas veikti vandeniliu arba gamtinėmis dujomis. Reikia pasakyti, kad naujomis temomis šiame biure dirbama nuo 1968 m.
Tas pats Tu-155 lėktuvas yra saugykloje... Deja, šlykštus saugykla:-(.
Naujas orlaivis varomas kriogeninis kuras gavo pavadinimą TU-155. Tačiau viskas nėra taip paprasta. Faktas yra tas, kad vandenilis yra pavojingas kuras. Jis yra ypač degus ir sprogus. Jis pasižymi išskirtinėmis prasiskverbimo savybėmis, todėl gali būti laikomas ir gabenamas tik suskystintas labai žemoje temperatūroje, artimoje absoliučiam nuliui (-273 laipsnių Celsijaus). Šios vandenilio savybės kelia gana didelę problemą.
Todėl TU-155 buvo skraidanti laboratorija esamoms problemoms tirti ir spręsti, o bazinis orlaivis jo kūrimo metu buvo radikaliai pakeistas. Vietoj tinkamo variklio NK-8-2 buvo sumontuotas naujas kriogeninis NK-88 (kiti du liko originalūs :-)). Fiuzeliažo gale, vietoje keleivių salono, buvo pastatytas specialus bakas kriogeninis kuras, skystas vandenilis, tūris 20 kub. su sustiprinta ekranas-vakuumas izoliacija, kur vandenilis galėtų būti laikomas žemesnėje nei minus 253 laipsnių Celsijaus temperatūroje. Jis buvo tiekiamas į variklius su specialiais turbo siurblio blokas kaip ant raketos.
Variklis NK-88. Ant variklio viršaus matomas masyvus turbopumpas.
Dėl didelės sprogimo pavojaus iš skyriaus su degalų baku reikėjo išimti beveik visą elektros įrangą, kad būtų išvengta menkiausios kibirkšties tikimybės, o visas skyrius buvo nuolat išvalomas azotu arba oru. Elektrinės blokams valdyti buvo sukurta speciali helio valdymo sistema. Be to, vandenilio garai iš bako turėjo būti nukreipti nuo variklių, kad būtų išvengta užsidegimo. Tam buvo sukurta drenažo sistema. Lėktuve jo įlinkimai aiškiai matomi galinėje fiuzeliažo dalyje (ypač ant peleko).
TU-155 išdėstymo schema. Mėlyna – kuro bakas. Priekiniame skyriuje yra atraminė įranga. Raudona – kriogeninis variklis.
Iš viso buvo sukurta ir įdiegta daugiau nei 30 naujų orlaivių sistemų. Apskritai, puikus darbas atliktas :-). Tačiau jiems taip pat reikėjo antžeminės, ne mažiau sudėtingos įrangos degalų papildymui ir saugojimui. Tiesa, tuo metu pačiame įkarštyje buvo kuriama sistema „Buran“, kurios raketoje vienas iš degalų komponentų buvo skystasis vandenilis. Todėl buvo tikima, kad viskas bus pastatyta ant pramoninių pagrindų ir kuro nepritrūks. Bet manau, kad visi supranta, kad kriogeninis kuras tokioje sistemoje tampa tiesiog „auksiniu“ sąnaudomis. O tai reiškia, kad skysto vandenilio komercinis panaudojimas artimiausiu metu greičiausiai nebus įmanomas. Todėl jau tada buvo ruošiamasi pereiti prie kito tipo kriogeninis kuras – suskystintomis gamtinėmis dujomis(SGD).
Nepaisant to, pirmasis TU-155 skrydis naudojant skystą vandenilį įvyko 1988 m. balandžio 15 d. Be to, buvo 4 tokie skrydžiai. Po to TU-155 buvo modifikuotas skrydžiams naudojant suskystintas gamtines dujas (SGD).
Palyginti su vandeniliu, šios rūšies kuras yra daug pigesnis ir prieinamesnis, be to, kelis kartus pigesnis už žibalą. Jo kaloringumas yra 15% didesnis nei žibalo. Be to, jis taip pat mažai teršia atmosferą, be to, gali būti laikomas minus 160 laipsnių temperatūroje, o tai net 100 laipsnių aukštesnė nei vandenilio. Be to, palyginti su vandeniliu, SGD vis dar yra mažiau pavojingos ugniai (nors, žinoma, toks pavojus vis dar egzistuoja) ir yra pakankamai patirties, kaip išlaikyti jas saugioje būklėje. Organizuoti dujų tiekimą (SGD) į aerodromus apskritai taip pat nėra itin sunku. Beveik kiekviename didesniame oro uoste yra dujotiekiai. Apskritai privalumų yra pakankamai :-).
Pirmieji TU-155 skrydžiai jau naudojami kriogeninis kuras suskystintomis gamtinėmis dujomis įvyko 1989 metų sausį. (Apie tai kalbama toliau pateiktame vaizdo įraše.) Tokių skrydžių buvo dar apie 90. Visi jie parodė, kad degalų sąnaudos, palyginti su žibalu, sumažėja beveik 15%, tai yra, lėktuvas tampa ekonomiškesnis ir pelningesnis.
Dabar šiek tiek apie perspektyvas... Dešimtojo dešimtmečio pabaigoje pagrindinis Rusijos dujų atsargų valdytojas „Gazprom“ ėmėsi iniciatyvos pirmiausia pastatyti krovininį-keleivinį, o paskui tik keleivinį lėktuvą, kuris galėtų važiuoti tik SGD. Lėktuvas buvo pavadintas TU-156 ir buvo sukurtas esamo TU-155 pagrindu. Jame turėjo būti trys nauji NK-89 varikliai. Jie yra panašūs į NK-88, tačiau turi dvi nepriklausomas kuro sistemas: viena skirta ir kita kriogeninis kuras(SGD). Tai buvo patogu ta prasme, kad toli gražu ne visur buvo galimybė pasipildyti dujomis, o orlaivis pagal poreikį galėjo persijungti iš vienos maitinimo sistemos į kitą. Naudojant sukurtą technologiją, tai užtruko vos penkias minutes. NK-89 taip pat turėjo šilumokaitį poturbininėje erdvėje, kur suskystintos dujos pavirto į dujinę būseną ir vėliau pateko į degimo kamerą.
Buvo atlikti išsamūs tyrimai ir skaičiavimo darbai pertvarkant kuro bakų skyrius ir vietą. Iki 2000 m. Samaros aviacijos gamykla turėjo pagaminti tris TU-156 ir pradėti jų sertifikavimą bei bandomąją veiklą. Bet... Deja, tai nebuvo padaryta. O planų įgyvendinimo kliūtys buvo išskirtinai finansinės.
Vėliau buvo sukurti dar keli orlaivių projektai, naudojantys kriogeninį kurą (SGD), pavyzdžiui, TU-136 su turbosraiginiais varikliais, varomais tiek žibalu, tiek suskystintomis dujomis, ir plataus korpuso TU-206 su turboreaktyviniais varikliais, varomais SGD. Tačiau šiuo metu visi šie projektai lieka tik projektais.
Lėktuvo Tu-136 modelis.
Lėktuvo modelis TU-206 (TU-204K).
Laikas parodys, kaip viskas klostysis šioje aviacijos mokslo ir technologijų srityje. Kuriant orlaivius naudojant kriogeninis kuras slopina įvairios aplinkybės – tiek objektyvios, tiek subjektyvios. Dar daug reikia nuveikti kuriant specialias orlaivių sistemas, plėtojant antžeminę infrastruktūrą, kuro transportavimo ir saugojimo sistemas. Bet ši tema be galo daug žadanti (ir, mano nuomone, labai įdomi :-)). Vandenilis, turintis milžinišką energijos intensyvumą ir praktiškai neišsenkamas atsargas, yra ateities kuras. Galime tai pasakyti visiškai užtikrintai. Pereinamasis etapas yra gamtinių dujų naudojimas.
Ir šis lemiamas žingsnis į ateitį buvo žengtas būtent Rusijoje. Didžiuojuosi galėdamas tai dar kartą pasakyti :-). Niekur pasaulyje nebuvo ir iki šiol nėra lėktuvų, panašių į mūsų TU-155. Norėčiau pacituoti garsaus amerikiečių aviacijos inžinieriaus Karlo Brewerio žodžius: „ Rusai aviacijos srityje kažką pasiekė, atitinkančio pirmojo Žemės palydovo skrydį!»
Tai yra absoliuti tiesa! Aš tikrai noriu, kad šie dalykai eitų upeliu (ir rusai gali tai padaryti :-)), ir kad šis srautas būtų nenutrūkstamas, o ne judėtų trūkčiojimais, kaip dažnai būna pas mus...
Kaip jau minėta, šilumos variklio darbui reikalingas šilumos šaltinis ir šaldytuvas, kuris pagal apibrėžimą turi turėti aukštesnę temperatūrą. Beveik visada šaldytuvo temperatūra yra lygi oro temperatūrai, o degimo kameros, reaktoriaus ar saulės kolektoriaus šilumos šaltinio temperatūra gali skirtis. Tačiau kaip šilumos šaltinį galite naudoti korpusą su aplinkos temperatūra iJ Šiuo atveju šaldytuve turės būti žemesnė temperatūra, o tai galima gauti naudojant kriogeninius skysčius, kurie varikliai vadinami kriogeniniais. Yra žinomi mechaninių variklių, veikiančių atviru Rankine ciklu, naudojant skystąjį azotą, patobulinimai. Fig. 3.16 pav. parodyta tokio įrenginio schema.
Skystas azotas yra specialioje kriogeninėje talpykloje esant slėgiui - Iš šio rezervuaro skystis siunčiamas į šilumokaitį, per kurį - darbiniam skysčiui tiekiamas tam tikras šilumos kiekis; o garavimas. Tokiu atveju jau gausime dujinį azotą, kurio slėgis pt __ temperatūra Tv
Pradinėje padėtyje darbinio cilindro išmetimo vožtuvas uždarytas, o įleidimo vožtuvas uždarytas. |i kmol išgaravusio azoto patenka į cilindrą. Aktyvus. Dėl žemo dujų slėgio jis nukrenta. Šis procesas vyksta šiluma esant pastoviam slėgiui (p2 = p) ir temperatūrai (T2 = Ty), kol dujos užpildo baliono tūrį v2.
Mes turime:
Kitoje darbo padėtyje įleidimo vožtuvas užsidaro. Jei dujų slėgis cilindro viduje didėja, stūmoklis toliau judės, o tūris didės tol, kol dujų slėgis taps lygus p3, o tūris, kurį jis turi, bus v3. Šis procesas gali vykti tiek izotermiškai (T3 = Ty), kai šiluma tiekiama nuolat, ir adiabatiškai (T3< Тх) в завн! симости от типа используемого устройства. Рассмотрим более предпочтительны изотермический процесс:
Dabar panagrinėkime adiabatinės ekspansijos atvejį, kurį daug lengviau įgyvendinti realiose situacijose. Jei plėtimosi metu nėra šilumos mainų, dujų temperatūra pasikeis pagal šį dėsnį:
Čia azoto atveju y = 1,4. Darbai atlikti plėtimosi metu
s, = R/(y - 1) = 20,8 kJDkmol K).
I/atm=Ra™""3 = ^LT3"
Šiuo atveju naudingas darbas bus lygus
Ir s = pRT1-pRT3 + W23 = iiRT(Tl-T3) + iicv(T1-T3) = ii(Tl-T3)R-?-i. (38)
Taigi aukščiau aptartame pavyzdyje galutinis darbas, gautas plėtimosi metu, bus lygus 4,2 MJ/kmol arba 150 kJ/kg. Palyginkite šį skaičių su 5,7 MJ/kmol arba 204 kJ/kg izoterminio plėtimosi atveju ir su specifine benzino degimo šiluma 47 000 kJ/kg.
Aišku, kad kriogeninio darbinio skysčio specifinę energiją galima padidinti -> didinant darbinį slėgį. Tačiau šis padidėjimas priklauso nuo logaritminio | dangaus įstatymas. Taigi, slėgiui padidėjus 10 kartų (iki 10 MPa), savitoji energija padidės iki 11,4 MJ/kmol arba tik 2 kartus. Atkreipkite dėmesį, kad 10 MPa slėgis atitinka 100 atm. Sukurti variklį tokiam darbiniam slėgiui yra sudėtinga techninė užduotis: variklis bus sunkus ir labai brangus.
Benzininių vidaus degimo variklių vidutinis efektyvumas nesiekia 20%. Tai yra, naudingas darbas 1 kg darbinio skysčio benzininiame variklyje yra lygus 8000 kJ/kg ar daugiau arba beveik 40 kartų daugiau nei kriogeniniame variklyje.
Pirmuosiuose eksperimentiniuose kriogeninių variklių pavyzdžiuose pasiektos specifinės darbo vertės buvo mažesnės nei 50 kJ/kg. Demonstracinėje transporto priemonėje su šiuo varikliu nuvažiuodama 0,3 mylios buvo sunaudota 1 galoras azoto. Tai yra, dar nepavyko sukurti pakankamai praktiško kriogeninio variklio. Gali būti, kad po atitinkamų modifikacijų variklių efektyvumas gali būti žymiai pagerintas1).
Kriogeniniai varikliai transporto priemonėms dar neužtikrina didelės ridos. Šiuo metu skysto azoto kaina yra apie 0,5 USD už kilogramą arba 1,52 USD už galoną. Atsižvelgiant į pasiektas konkrečias ridos reikšmes, tai reiškia, kad už tą pačią ridą šių naudojamų degalų savikaina bus dešimtis kartų didesnė nei benzininių variklių.
Tuo pačiu metu didesnės specifinės „kuro“ sąnaudos reikalauja didesnės degalų atsargos transporto priemonėje. O tai savo ruožtu sumažina dulkių, kurias gali vežti automobilis, apkrovą.
Pastaba red. Jis yra pirmasis ir vienas iš nedaugelio kriogeninio variklio kūrėjų. Vašingtono universitetas (JAV), sukūręs savo LN2000 prototipą Grumman-Olson pašto transporto priemonės pagrindu. Automobilyje buvo sumontuotas eksperimentinis 5 cilindrų variklis, kurio galia 15 AG. p., veikiantis skystu azotu, naudojant atvirą Rankine ciklą. Kriogeninis variklis užtikrino maksimalų 35,4 km/h greitį, o 80 litrų Dewar kolba, kuri buvo naudojama skystam azotui laikyti esant 24 barų slėgiui, nuvažiavo apie 2 mylias (3,2 km). Kriogeninis automobilis buvo sukurtas 90-ųjų viduryje ieškant jėgainių aplinkosaugos kategorijos ZEV (su nulinės emisijos) automobiliui, alternatyviai elektrinei pavarai. Rusijoje taip pat yra entuziastų, bandančių sukurti efektyvų kriogeninį variklį. Tačiau reikšmingos sėkmės, rodančios šios krypties perspektyvas ir aktualumą kelių transportui, dar nepasiekta nei Rusijoje, nei užsienyje.
Vienintelis neabejotinas kriogeninių variklių pranašumas yra jų ekologiškumas. Tačiau tokių sistemų ekologiškumas nėra lygus nuliui, nes skysto azoto gamybai reikia energijos sąnaudų, o kartu su kenksmingais teršalais. Kyla klausimas, ar nauda aplinkai kompensuoja rimtus aukščiau aprašytus kriogeninių vartų trūkumus.
Įrodykite, kad teorinis Stirlingo variklio efektyvumas be regeneracijos
čia PCamot yra Carnot ciklo efektyvumas, atitinkantis tam tikrą temperatūros diapazoną; v – darbinio skysčio (dujų) laisvės laipsnių skaičius; g - suspaudimo laipsnis.
Kokias dujas geriausia naudoti kaip darbinį skystį? Paaiškink kodėl?
Pavyzdžiuose manėme, kad suspaudimo laipsnis yra 10. Koks būtų variklio efektyvumas, kai suspaudimo laipsnis yra 20? Kokie GSC trūkumai turės didesnį suspaudimo laipsnį? Ar prasminga didinti suspaudimo laipsnį?
Schemose nubraižykite Stirlingo varikliui būdingus procesus, o tekste pateiktam pavyzdžiui T, S. Kokią fizikinę reikšmę turi ilgiai po p, V - ir 7~, .Y - kreivėmis?
Apsvarstykite du cilindrus A ir B, kurių viduje yra stūmokliai. Cilindrų viduje esantys tūriai gali skirtis nepriklausomai. Didžiausias kiekvieno iš šių balionų h yra 10 m3, mažiausias tūris yra nulis. Balionai yra hidrauliškai sujungti vienas su kitu, kad dujos bet kuriame baliono tūrio taške būtų vienodo slėgio. Pradiniu momentu baliono A tūris yra 10 m3, o cilindro B - nulis. Kitaip tariant, stūmoklis A pakils, o stūmoklis B kris. Jo kūno adiabatinis indeksas yra y = 1,4.
Kiek dujų (kmol) yra sistemoje esant 0,1 MPa slėgiui ir 400 K temperatūrai.
3. Dabar įsivaizduokite, kad stūmoklis A pakilo taip, kad tūris cilindre sumažėjo iki 1 m3, o tūris cilindre B išliko nepakitęs. Kokia yra dujų temperatūra ir jų slėgis adiabatinio proceso sąlygomis? Kaip suspaudimo metu eikvojama energija?
4. Tada stūmokliai pradėjo judėti vienu metu, kol tūris A cilindre tapo lygus nuliui, o cilindre B - 1 m3. Koks yra dujų slėgis ir temperatūra balione B!
5. Kitas žingsnis – perduoti šilumą į cilindrą B, kad* tūris padidėtų iki 10 m3. Dujų temperatūra proceso metu nekinta. Kiek šilumos šio proceso metu buvo perduota dujoms?Kiek darbo atliko stūmoklis B? Koks yra dujų slėgis galutinėje būsenoje?
6. Dabar stūmoklis B pradeda kilti, o stūmoklis A nuleidžiamas. Dujos teka iš vieno cilindro į kitą. Šis procesas“. teoriškai vyksta nenaudojant energijos. Iš baliono A į aplinką išleidžiama šiluma, o dujos atšaldomos iki 400. Galutinėje padėtyje, kai balionas A turi didžiausią tūrį, jis laikomas visiškai užbaigtu. Kiek energijos buvo išleista į aplinką šio proceso metu?
7. Koks yra šios mašinos efektyvumas, t.y., koks yra atlikto darbo kiekio ir iš šildytuvo gaunamos šilumos santykis?
8. Kaip šis efektyvumas lyginamas su Carnot ciklo efektyvumu?
9. Nubraižykite nagrinėjamus procesus p, U - ir 7, ^ diagramose.
10. Išveskite efektyvumo kaip suspaudimo laipsnio funkcijos formulę Nubraižykite efektyvumo kreivę, palyginti su g intervale 1< г < 100.
11. Jei gauta naudingumo reikšmė pasirodys aiškiai pervertinta (ir realu), pavyzdžiui, lygi 10 000, koks bus tikrasis efektyvumas? Ar jis gali viršyti Carnot ciklo efektyvumą? Paaiškinkite savo išvadas.
3.4. Įsivaizduokime mašiną su kibirkštiniu varikliu: vidaus degimo (Otto ciklas). Šis variklis naudoja benziną (skirta< стоты допустим, что бензин состоит из чистого пентана), и поэтому его степе сжатия ограничена и равна девяти. Номинальный удельный расход топлива а томобиля 40 миль/галлон.
Kadangi benzininiai varikliai gali naudoti b zero kaip kurą, automobilio savininkas nusprendė jį pakeisti į tokio tipo degalus. Kartu suspaudimo laipsnis padidėjo iki 12. Darykime prielaidą, kad bet kuriuo atveju tikrasis automobilio naudingumo koeficientas yra maždaug lygus pusei teorinio naudingumo.Kokios specifinės degalų sąnaudos automobiliui, važiuojančiam etanoliu?
Mažiausias nagrinėjamų medžiagų kaloringumas ir tankis: pentanas - 28,16 MJ/l, 0,626 kg/l; etanolis - 21,15 MJ/l, 0,789 kg/l.
Išspręskite šią užduotį du kartus, vieną kartą, kai y = 1,67 ir vieną kartą, kai y = 1,4.
3.5. Apsvarstykite cilindrą su stūmokliu be trinties. Pradiniame eksperimento etape jame yra 1 litras dujų (y = 1,4, s. = 20 kJ/(K kmol)), esant 400 K temperatūrai ir 105 Pa slėgiui.
Kiek dujų, kmoliais, yra balione?
2 Kam lygi sandauga pV šiuo atveju!
GKst dabar stūmoklis juda sumažėjus dujų kiekiui iki 0,1 litro. Suspaudimas vyksta adiabatiškai.
Koks yra dujų slėgis po suspaudimo? і Kokia yra dujų temperatūra?
J Kokį darbą atliko kompresorius?
1 matu izotermiškai tieksime 500 J šilumos į dujas.
і Koks buvo dujų tūris po to?
Kam prilygsta meilė?
Kadangi dujos plečiasi (stūmoklis juda), kai pridedama šilumos, kiek darbo jos atlieka?
Dabar dujos plečiasi adiabatiškai, kol jų tūris yra lygus 1 litrui.
Koks yra dujų slėgis po adiabatinio išsiplėtimo? і Kokia yra dujų temperatūra?
kiek darbo nuveikiama adiabatinės ekspansijos metu?
Leiskite šilumai iš dujų pasišalinti izotermiškai, kol jų slėgis bus lygus 105 Pa. Tokiu atveju sistema grįžta į 1 būseną.
2. Koks bendras stūmoklio darbas, perkeltas į išorinę apkrovą? koks bendras šilumos kiekis, kurį gauna sistema (į pašalintą šilumą čia neįskaitoma)?
Koks yra įrenginio efektyvumas?
5 Koks yra atitinkamas Carnot ciklo efektyvumas?
Ne. Nubraižykite procesus ir visą ciklą upėje. K diagrama.
Tarkime, kad benzino oktaninis skaičius yra 86. Etanolio oktaninis skaičius yra 160. Paimkime y = 1,4.
1. Kaip pasikeitė 1 litro mišinio šilumingumas, palyginti su gryno benzino kaloringumu?
2. Koks yra viso mišinio oktaninis skaičius?
Tarkime, kad didžiausias leistinas kuro suspaudimo laipsnis yra g = 0,093 Og, kur Og yra oktaninis skaičius.
3. Koks didžiausias benzininio variklio suspaudimo laipsnis? Mišraus kuro variklis?
4. Koks santykinis variklio efektyvumas?
5. Kokios yra specifinės degalų sąnaudos nuvažiuotam atstumo vienetui, kai naudojamas grynas benzinas ir kuro mišinys?
3.7. Atviro ciklo stūmoklinis variklis veikia atmosferos oru. kuris į jį patenka 23 ■ 10 () kmol kiekiu esant 300 K temperatūrai ir 105 Pa slėgiui. Variklio suspaudimo laipsnis yra 5,74.
Suspaudimas ir išsiplėtimas vyksta adiabatiškai. Šiluma tiekiama izobariškai, o šiluma pašalinama izotermiškai. Ciklo metu dujoms tiekiama 500 Jb šilumos. Oras turi s. = 20 790 J/(K - kmol) ir y = 1,4.
Koks teorinis variklio efektyvumas? Palyginkite jį su Carnot ciklo efektyvumu.
Atlikite šiuos veiksmus:
apskaičiuokite pradinį cilindro tūrį;
Nustatykite galutines V, p, T vertes ir reikalingą darbą adiabatiniam suspaudimo procesui:
nustatyti termodinaminius sistemos parametrus po šilumos pridėjimo; Apskaičiuokite išplėtimo proceso metu atliktus darbus.
3.8. Kai kurie Stirlingo varikliai veikia tik pusę galios; jo teorinis efektyvumas. Variklis dirba temperatūrų diapazone nuo 1000 iki 400 K. Koks bus įrenginio efektyvumas šiais atvejais:
1. Jei naudojate idealų šilumos regeneratorių, kaip darbinį skystį argoną, o suspaudimo laipsnis yra 10:1.
2. Tomis pačiomis sąlygomis, kaip ir 1 veiksme, suspaudimo laipsnis yra 20:1.
3. Tomis pačiomis sąlygomis kaip ir 1 dalyje, bet nenaudojant regeneratoriaus.
4. Tomis pačiomis sąlygomis kaip ir 2 dalyje, bet nenaudojant regeneratoriaus.
3 9. Naudojant sodrius mišinius, Otto variklio efektyvumas mažėja, o dirbant su liesu mišiniu gali kilti problemų su jo uždegimu. Šios problemos sprendimas gali būti sluoksninio degimo variklių naudojimas.
Apsvarstykite variklį, kurio suspaudimo laipsnis yra 9:1. Turtingas mišinys turi y = 1,2, liesas mišinys turi y = 1,6. Jei visi kiti dalykai yra vienodi, koks yra lieso mišinio naudojimo efektyvumo ir sodraus mišinio naudojimo efektyvumo santykis?
3.8. Apsvarstykite kibirkštinio uždegimo Otto variklį, turintį šias charakteristikas:
didžiausias baliono tūris VQ= 1 l (KN m3); suspaudimo laipsnis g = 9:1; slėgis įleidimo angos gale p0= 5 104 Pa; mišinio temperatūra įsiurbimo pabaigoje 70 = 400 K; vidutinė mišinio adiabatinio indekso reikšmė yra 1,4;
mišinio savitoji šiluminė talpa (esant pastoviam tūriui) c = 20 kJDC - kmol).
Kiek galios perduodama apkrovai, jei variklio velenas sukasi > *00 aps./min. greičiu?
Kiekio masės: H - 1 daltonas: C - 12 daltonas; N – 14 daltonų: 0–16 daltonų. Argono buvimo mišinyje galima nepaisyti.
3.12. Didesnė n-heptano kaloringumas (esant 1 atm ir 20 °C) yra 48,11 MJ/kg. Kokia yra mažesnė kaloringumas?
3.13. 1 molis tam tikrų dujų (y = 1,6, cv = 13,86 J/(K kmol) 300 K temperatūroje užima 1 litrą. Kiekvienam toliau aprašytam žingsniui nustatykite p, Vu T reikšmes.
1 veiksmas -> 2.
Adiabatinis dujų suspaudimas iki 0,1 l tūrio. Kiek energijos tV12 buvo sunaudota suspaudimo metu?
2 veiksmas -> 3.
Izoterminis 10 kJ šilumos perdavimas darbiniam skysčiui. Kas yra išorinis darbas?
3 veiksmas -> 4.
Adiabatinis dujų išsiplėtimas 10:1.
4 veiksmas -> 1.
Izoterminis šilumos pašalinimas su dujų grąžinimu į būseną 1. Kokia yra pašalinama energija?
Koks yra bendras ciklo efektyvumas?
Koks yra atitinkamo Carnot ciklo efektyvumas?
Kokią galią turės variklis, jei jo velenas sukasi 5000 aps./min (5000 ciklų per minutę)?
3.14. Anksčiau aptartame Stirlingo variklyje yra izoterminis suspaudimas, po kurio seka izochorinis šilumos įvedimas, izoterminis suspaudimas ir izochorinis šilumos atmetimas.
Izoterminį suspaudimą gana sunku pasiekti, ypač varikliuose su dideliu sukimosi greičiu. Todėl darome prielaidą, kad veikimo metu variklis atlieka adiabatinį suspaudimą. Atkreipkite dėmesį, kad kitos nagrinėjamo variklio veikimo fazės atitinka anksčiau aprašyto variklio fazes. Taigi, esant izoterminiam šilumos tiekimui, į darbinį skystį tiekiama 293 J. Tai yra, „karštas“ cilindras po adiabatinio suspaudimo proceso iki šilumos tiekimo proceso pabaigos turės 652 K temperatūrą.
Nustatykite teorinį variklio efektyvumą (be šilumos atgavimo) ir palyginkite jį su atitinkamo Carnot ciklo efektyvumu.
Nustatykite vieno šio variklio cilindro pagamintą galią, darydami prielaidą, kad tikrojo variklio efektyvumas bus maždaug 2 kartus mažesnis nei idealaus. Variklio sūkiai 1800 aps./min. Kiekvienas veleno sukimosi apsisukimas atitinka vieną visą variklio ciklą. Skaičiavimams imkite y = 1,4.
3.15. Tarkime, kad variklis veikia temperatūros diapazone nuo 1000 iki 500 K ir yra toks pat efektyvus kaip Carnot variklis. Šilumos šaltinio galia 100 kW, o temperatūra 1500 K. Ši šiluma perduodama anksčiau aprašyto variklio darbiniam skysčiui. Tarkime, kad šilumos srautas perduodamas esant temperatūros gradientui, kuris sumažina temperatūrą nuo 1500 iki 1000 K. Šiuo atveju šilumos perdavimo efektyvumą laikysime 100%, t.y. tiekiama 100 kW galia. prie variklio be nuostolių.
Koks yra aukščiau aprašyto variklio, veikiančio Irno ciklu, efektyvumas? Kokia šios sistemos (variklio) naudingoji galia?
3.16. Garo katilas tiekia garą į garo turbiną. Katilo sienelėse yra kanalai, kuriais teka garai. Šios sienos iš vienos pusės yra ugnies liepsnos veikimo zonoje. Įkaitinto garo temperatūra 500 K, sienelės, besiliečiančios su liepsna, temperatūra 1000 K. Per kiekvieną šildymo paviršiaus kvadratinį centimetrą praeina 1 kW šilumos srautas. Kanalo X metalinių sienelių šilumos laidumas priklauso nuo temperatūros pagal tokį dėsnį: X = 355 - 0,111T (SI sistemoje). Temperatūra išreiškiama kelvinais.
Apskaičiuokite sienelės storį.
2 Nustatykite temperatūrą vidurio taške tarp vidinės ir išorinės kanalo sienelių.
I". Keturių taktų kibirkštinio uždegimo „Otto" variklio bendras cilindro tūris yra 2 litrai ir jis veikia metanu (didesnis kaloringumas 55,6 MJ/kg). Suspaudimo laipsnis variklyje yra 10:1. Degalų įpurškimui naudojama įpurškimo sistema, kuri tiekia degalus taip, kad būtų išlaikytas duotas stechiometrinis santykis.Mišinio adiabatinis indeksas 1,4 ■siena turi vidutinį nuostolių lygį, todėl tikroji variklio generuojama galia yra 30 proc. idealu, suspaudimo proceso pradžioje darbinio mišinio slėgis yra tik 5 104 N< температуре 350 К, так как гидравлические потери на входе можно считать небрежимо малыми.
Kokią galią variklis perduoda apkrovai, jei jo veleno sukimosi dažnis yra 5000 aps./min.? Atsižvelgiant į variklio charakteristikas, skaičiavimas atliekamas pagal mažesnę degalų šiluminę vertę.
18. Apsvarstykite kibirkštinio uždegimo variklį, kurio suspaudimo laipsnis yra 9:1. Baliono viduje esančių dujų y = 1,5.
pradinėje būsenoje darbinis skystis turi šiuos parametrus: = I l;
I atm; Tx = 300 K.
Suspaudimo proceso pabaigoje įpurškiama 10 mg benzino, tada uždegimo mišinys g. Kuro degimas vyksta akimirksniu. Tarkime, kad benzino savitoji šiluma yra 45 MJ/kg.
Nustatykite idealų variklio efektyvumą.
Apskaičiuokite Carnot ciklo efektyvumą, atitinkantį pateiktas sąlygas.
3. Įrodykite, kad sumažinus per piką įpurškiamų degalų kiekį, Otto ciklo efektyvumas priartės prie Karno ciklo efektyvumo.
3.19. Dyzeliniame variklyje degalai įpurškiami į karštą suslėgtą orą cilindre, po kurio mišinys savaime užsidega. Tarkime, kad kuras tiekiamas gana lėtai, todėl mišinio degimas vyksta beveik pastoviu slėgiu. Daugumoje dyzelinių variklių naudojamas suspaudimo laipsnis yra nuo 16:1 iki 22:1. Dyzeliniuose varikliuose savaiminis užsidegimas patikimai įvyksta esant ne žemesnei kaip 800 K oro temperatūrai.
Oro savitosios šiluminės talpos esant pastoviam slėgiui ir savitosios šiluminės talpos pastoviam tūriui santykis yra 1,4 (y = 1,4). Paleidimo oro temperatūra šalto dyzelinio variklio įleidimo angoje yra 300 K.
Koks turėtų būti minimalus suspaudimo laipsnis, reikalingas varikliui užvesti?
3.20. Panagrinėkime mašiną, kuri naudoja orą> і (y = 1,4) kaip darbinį skystį ir atlieka nuoseklią termodinaminių procesų seriją.Kiekvieno proceso pabaigoje nustatykite dujų būsenos charakteristikas (slėgį, tūrį ir temperatūrą) , taip pat kiekvienam procesui būdinga energija.
Pradinėje būsenoje (1 būsena) dujos turi tokias charakteristikas рх = 105 Pa; Vx = 10-3 m3; Tx = 300 K.
1. 1 procesas (I žingsnis -> 2): adiabatinis suspaudimas, tūrio sumažinimas iki 10-4 m3.
2. 2-as procesas (2 žingsnis -> 3): izobarinis 200 J šilumos tiekimas.
3. 3 procesas (3 žingsnis -> 4): adiabatinis plėtimasis iki V4 = 10_3m3.
Apskaičiuokite visą šiluminę ir mechaninę energiją, kuri tiekiama į variklį, ir visą mechaninę energiją, kuri pašalinama iš jo. Remdamiesi tuo, nustatykite mašinos efektyvumą. (Užuomina: nepamirškite atsižvelgti į visus procesus, kurie eikvoja energiją.)
3. 21.Dyzelinio variklio cikle galima išskirti tokias fazes:
1 fazė 2. Adiabatinis švaraus oro suspaudimas nuo tūrio Vx iki tūrio ":
2 fazė -> 3. Kuro deginimas esant pastoviam slėgiui, plečiant nuo tūrio V2 iki tūrio K3;
3^4 fazė. Adiabatinis plėtimasis iš tūrio V3 į tūrį V4; 4 fazė -» 1. Izochorinis šilumos pašalinimas, kai dujos atsiduria pradinėse sąlygose.
t ciklas panašus į Otto ciklą, tik tuo skirtumu, kad Otto nikelio degimas vyksta izochoriškai, o dyzeliniame variklyje – izobarinis, žiūrime į ciklą, kuriame Fj = K) 3 m3, V2 = 50 W-6 m3, V3 = 100 10-6 m3, = 105 Pa, 7] - 300 K ir visiems procesams laikysime y = 1,4.
Apskaičiuokite teorinį ciklo efektyvumą.
Apskaičiuokite efektyvumą naudodami dyzelino ciklo efektyvumo lygtį, gautą sk. 4.
Apskaičiuokite efektyvumą įvertindami visą mechaninę energiją (suspaudimą ir plėtimąsi) ir visus šiluminius procesus (šilumos tiekimą ir išeigą). Būkite gana atsargūs analizuodami, kas vyksta degimo fazėje (2->3), kai išsiskiria kuro degimo energija ir tuo pačiu atliekami tam tikri mechaniniai darbai.
ltats pagal pastraipas. 2 ir 3 turėtų būti vienodi.
Skystųjų raketų variklis yra variklis, kuris kaip kurą naudoja suskystintas dujas ir cheminius skysčius. Atsižvelgiant į komponentų skaičių, skystųjų raketų varikliai skirstomi į vieno, dviejų ir trijų komponentų.
Trumpa vystymosi istorija
Pirmą kartą suskystintą vandenilį ir deguonį naudoti kaip kurą raketoms pasiūlė K.E. Ciolkovskis 1903 m. Pirmąjį skystojo kuro raketinio variklio prototipą 1926 m. sukūrė amerikietis Robertas Howardas. Vėliau panašūs pokyčiai buvo vykdomi SSRS, JAV ir Vokietijoje. Didžiausios sėkmės sulaukė vokiečių mokslininkai: Thielis, Walteris, von Braunas. Antrojo pasaulinio karo metu jie sukūrė visą eilę raketų variklių kariniams tikslams. Yra nuomonė, kad jei Reichas būtų sukūręs V-2 anksčiau, jie būtų laimėję karą. Vėliau šaltasis karas ir ginklavimosi varžybos tapo katalizatoriumi, paspartinusiu skystojo kuro raketų variklių, naudojamų kosminėje programoje, kūrimą. RD-108 pagalba į orbitą buvo iškelti pirmieji dirbtiniai Žemės palydovai.
Šiandien skystojo kuro raketų varikliai naudojami kosminėse programose ir sunkiuosiuose raketų ginkluose.
Taikymo sritis
Kaip minėta pirmiau, skysto kuro raketų varikliai daugiausia naudojami kaip erdvėlaivių ir paleidimo raketų varikliai. Pagrindiniai skysto kuro variklių pranašumai yra šie:
- didžiausias specifinis impulsas klasėje;
- galimybė visiškai sustoti ir paleisti iš naujo kartu su traukos kontrole padidina manevringumą;
- žymiai mažesnis degalų skyriaus svoris, palyginti su kieto kuro varikliais.
Tarp skystųjų raketų variklių trūkumų:
- sudėtingesnis įrenginys ir didelė kaina;
- padidinti saugaus transportavimo reikalavimai;
- Esant nesvarumo būsenai degalams nusėsti reikia naudoti papildomus variklius.
Tačiau pagrindinis skysto kuro variklių trūkumas yra kuro energetinių galimybių riba, o tai riboja kosmoso tyrinėjimus jų pagalba iki Veneros ir Marso atstumo.
Įrenginys ir veikimo principas
Skystojo kuro raketinio variklio veikimo principas yra tas pats, tačiau jis pasiekiamas naudojant skirtingas įrenginio grandines. Naudojant siurblius, kuras ir oksidatorius tiekiami iš skirtingų bakų į purkštuko galvutę, pumpuojami į degimo kamerą ir sumaišomi. Sudegus esant slėgiui, vidinė kuro energija virsta kinetine energija ir išteka pro purkštuką, sukurdama reaktyvinį trauką.
Kuro sistemą sudaro kuro bakai, vamzdynai ir siurbliai su turbina kuro pumpavimui iš bako į vamzdyną ir valdymo vožtuvas.
Siurbiant kurą susidaro didelis slėgis kameroje ir dėl to didesnis darbinio skysčio išsiplėtimas, dėl kurio pasiekiama maksimali specifinio impulso vertė.
Purkštuko galvutė – purkštukų blokas, skirtas kuro komponentams įpurškti į degimo kamerą. Pagrindinis reikalavimas purkštukui – kokybiškas maišymas ir kuro padavimo į degimo kamerą greitis.
Vėsinimo sistema
Nors šilumos perdavimo iš konstrukcijos dalis degimo proceso metu yra nereikšminga, aušinimo problema yra aktuali dėl aukštos degimo temperatūros (>3000 K) ir gresia variklio terminis sunaikinimas. Yra keletas kameros sienų aušinimo tipų:
Regeneracinis vėsinimas grindžiamas ertmės sukūrimu kameros sienelėse, per kurią degalai praeina be oksidatoriaus, vėsina kameros sienelę, o šiluma kartu su aušinimo skysčiu (degalais) grąžinama atgal į kamerą.
Sienų sluoksnis yra dujų sluoksnis, susidarantis iš kuro garų šalia kameros sienų. Šis efektas pasiekiamas sumontavus purkštukus aplink galvos periferiją, tiekiančius tik degalus. Taigi degiajame mišinyje trūksta oksidatoriaus, o prie sienos degimas nevyksta taip intensyviai kaip kameros centre. Sienos sluoksnio temperatūra izoliuoja aukštą temperatūrą kameros centre nuo degimo kameros sienelių.
Abliacinis skysto raketinio variklio aušinimo metodas atliekamas uždedant specialia nuo karščio apsaugančia danga kameros sieneles ir purkštukus. Esant aukštai temperatūrai, danga iš kietos būsenos virsta dujine, sugerdama didelę šilumos dalį. Šis skystojo raketinio variklio aušinimo būdas buvo naudojamas Apollo mėnulio programoje.
Skystojo kuro raketinio variklio paleidimas yra labai svarbi operacija sprogimo pavojaus atveju, jei ją įgyvendinant sugenda. Yra savaime užsidegančių komponentų, su kuriais nėra jokių sunkumų, tačiau naudojant išorinį uždegimo iniciatorių, būtinas tobulas jo padavimo koordinavimas su kuro komponentais. Kameroje susikaupęs nesudegęs kuras turi naikinančią sprogstamą jėgą ir žada rimtų pasekmių.
Didieji skystojo kuro raketiniai varikliai paleidžiami keliais etapais, po to pasiekiama maksimali galia, o maži varikliai iš karto pasiekia šimtaprocentinę galią.
Skystojo kuro raketų variklių automatinė valdymo sistema pasižymi saugiu variklio užvedimu ir įjungimu į pagrindinį režimą, stabilaus veikimo valdymu, traukos reguliavimu pagal skrydžio planą, eksploatacinių medžiagų reguliavimu ir išjungimu pasiekus nurodytą. trajektorija. Dėl veiksnių, kurių neįmanoma apskaičiuoti, skystojo kuro raketos variklis aprūpintas garantuotu kuro tiekimu, kad raketa galėtų patekti į tam tikrą orbitą, jei nukrypstama nuo programos.
Kuriant skystojo kuro raketų variklį, labai svarbūs raketinio kuro komponentai ir jų pasirinkimas projektavimo procese. Remiantis tuo, nustatomos sandėliavimo, transportavimo sąlygos ir gamybos technologija. Svarbiausias komponentų derinio rodiklis yra specifinis impulsas, nuo kurio priklauso kuro ir krovinio masės procentų pasiskirstymas. Raketos matmenys ir masė apskaičiuojami pagal Ciolkovskio formulę. Be specifinio impulso, tankis turi įtakos bakų su degalų komponentais dydžiui, virimo temperatūra gali apriboti raketų veikimo sąlygas, cheminis agresyvumas būdingas visiems oksidatoriams ir, jei cisternos eksploatuojamos ne pagal taisykles, gali gali sukelti bako gaisrą, kai kurių kuro junginių toksiškumas gali sukelti rimtą žalą atmosferai ir aplinkai. Todėl, nors fluoras yra geresnis oksidatorius nei deguonis, jis nenaudojamas dėl jo toksiškumo.
Vieno komponento skystųjų raketų varikliai kaip kurą naudoja skystį, kuris, sąveikaudamas su katalizatoriumi, suyra išskirdamas karštas dujas. Pagrindinis vienos variklių raketų variklių privalumas yra jų konstrukcijos paprastumas, ir nors tokių variklių savitasis impulsas yra mažas, jie idealiai tinka kaip mažos traukos varikliai erdvėlaivių orientacijai ir stabilizavimui. Šie varikliai naudoja darbinio tūrio degalų tiekimo sistemą ir dėl žemos proceso temperatūros jiems nereikia aušinimo sistemos. Vieno komponento varikliai taip pat apima dujų reaktyvinius variklius, kurie naudojami tokiomis sąlygomis, kai šiluminė ir cheminė emisija yra nepriimtina.
Aštuntojo dešimtmečio pradžioje JAV ir SSRS kūrė trijų komponentų skystųjų raketų variklius, kuriuose kaip kuras būtų naudojamas vandenilis ir angliavandeniliai. Taip variklis paleidžiant dirbtų žibalu ir deguonimi, o dideliame aukštyje persijungtų į skystą vandenilį ir deguonį. Trijų komponentų skystojo kuro variklio pavyzdys Rusijoje yra RD-701.
Raketų valdymas pirmą kartą buvo naudojamas V-2 raketose, naudojant grafito dujų dinamines vairas, tačiau dėl to sumažėjo variklio trauka, o šiuolaikinėse raketose naudojamos besisukančios kameros, pritvirtintos prie korpuso vyriais, sukuriančios manevringumą vienoje ar dviejose plokštumose. Be besisukančių kamerų, naudojami ir valdymo varikliai, kurie tvirtinami purkštukais priešinga kryptimi ir įjungiami, kai reikia valdyti įrenginį erdvėje.
Uždaro ciklo skystojo kuro raketinis variklis – tai variklis, kurio vienas iš komponentų, degant žemoje temperatūroje, yra dujofikuojamas su nedidele kito komponento dalimi; susidariusios dujos veikia kaip turbinos darbinis skystis ir yra tiekiamas į degimo kamerą, kur dega kartu su likusiais kuro komponentais ir sukuria srovės trauką. Pagrindinis šios schemos trūkumas yra dizaino sudėtingumas, tačiau tuo pačiu padidėja specifinis impulsas.
Skystųjų raketų variklių galios didinimo perspektyva
Rusijos skystojo kuro raketinių variklių kūrėjų mokykloje, kurios lyderiu ilgą laiką buvo akademikas Gluško, jie siekia maksimaliai išnaudoti kuro energiją ir dėl to maksimalaus specifinio impulso. Kadangi maksimalų specifinį impulsą galima gauti tik padidinus degimo produktų išsiplėtimą antgalyje, visi darbai atliekami ieškant idealaus kuro mišinio.
Varikliai skirti naudoti orlaiviuose su kriogeniniu kuru, greitam antžeminiam transportui, jūrų laivų elektrinėse varymo sistemose, kosminėje ir bendroje pramoninėje kriogeninėje įrangoje kriogeniniams siurbliams varyti, „šaltiesiems“ ašiniams kompresoriams ir kt.
Kaip aktyviosios rotoriaus medžiagos naudojami aukštos temperatūros superlaidūs (HTSC) keraminiai elementai itrio arba bismuto pagrindu.
Pagrindiniai privalumai
Įvairių tipų aukštatemperatūriniai superlaidininkiniai varikliai, veikiantys skystame azotu, turi 3-4 kartus didesnę savitąją išėjimo galią nei įprastų elektros variklių.
Nuo 2005 m. MAI kuria itin dinamiškus elektros variklius, skirtus varyti vandenilio energijos kriosiurblius, ir kriogenines atramos sistemas maitinimo SP kabeliams. Eksperimentiškai įrodyta, kad labai dinamiškų variklių su nuolatiniais magnetais ir tūriniais HTSC elementais išėjimo galia yra 1,3-1,5 karto didesnė nei įprastų sinchroninių variklių tomis pačiomis aušinimo sąlygomis skysto azoto aplinkoje.
2007 m. Maskvos aviacijos institute kartu su OJSC NPO Energomash pavadintas ak. V.P. Glushko“ ir UAB „AKB Yakor“ sukūrė ir sėkmingai išbandė pramoninį kriosiurblio su HTSC elektrine pavara prototipą, skirtą galios SP kabelių kriokonservavimo sistemoms.
Baigti iki 100 kW galios variklių kūrimas ir bandymai. Kuriami varikliai, kurių galia iki 500 kW.
Siūlomų sprendimų naujumas saugomas septyniais išradimų patentais.
Tyrimai atliekami pagal bendrus Vokietijos ir Rusijos projektus, vienijančius MAI (Maskva), VNIINM im. A. A. Bochvara (Maskva), VEI (Maskva), ISSP RAS (Černogolovkos kaimas, Maskvos sritis), IPHT (Jena, Vokietija), Oswald Elektromeotoren GmbH (Miltenbergas, Vokietija), IEMA (Štutgartas, Vokietija), IFW (Drezdenas, Vokietija) , taip pat pagal MAI ir Oksfordo universiteto (JK) projektą „Science for Peace“.
Pagrindinės techninės charakteristikos
- Histerezės tipo elektros varikliai
- Reakcijos tipo elektros varikliai
Kontaktai:
+7 499 158-45-67
Išradimas yra susijęs su raketų ir kosmoso technologijomis ir gali būti naudojamas perspektyvių tarporbitinių transporto priemonių, skirtų erdvėlaiviams pristatyti į įvairias didelės energijos orbitas ir trajektorijas, nukrypstančias nuo Žemės, varytuvuose ir elektrinėse. Dviejose besiurbčio kriogeninio skysčio raketinio variklio versijose, kuriose yra variklio kamera su degimo kamera ir aušinimo apvalkalu, bakai su skystu kuru ir oksidatoriumi bei degalų tiekimo sistemos, pora lygiagrečiai sujungtų tarpinių cilindrų su uždarymo įtaisais. prie įleidimo ir išleidimo angos; tarpinių cilindrų viduje yra matavimo indas su išsiplėtimo antgaliu ir šilumokaičiu, o tarpinių cilindrų ertmės per uždarymo įtaisus sujungtos su įtaisu, skirtu efektyviam dujinių likučių pašalinimui. Pirmojoje variklio versijoje tarpinių degalų cilindrų išėjimai per slėgio reguliatorių yra prijungti prie įėjimo į variklio kameros aušinimo gaubtą, o tarpinio oksidatoriaus cilindrų išėjimai per slėgio reguliatorių yra prijungti prie įėjimo. į variklio degimo kamerą; be to, tarpinių cilindrų šilumokaičių įvadai per fiksavimo įtaisus yra prijungti prie aušinimo gaubto variklio kamerų išėjimo, o šilumokaičių išėjimai prijungti prie kuro įvado į variklį degimo kamera. Antrajame variante variklio kameros aušinimo gaubtas yra padalintas į kuro aušinimo sekciją ir oksidatoriaus aušinimo sekciją, o tarpinio kuro ir oksidatoriaus cilindrų išėjimai per slėgio reguliatorius yra prijungti prie degalų ir oksidatoriaus aušinimo gaubtų sekcijų įvadų. atitinkamai variklio kamera, be tarpinių kuro ir oksidatoriaus cilindrų šilumokaičių įvadų per uždarymo įtaisus, jie yra prijungti prie atitinkamų variklio kameros aušinimo sekcijų išėjimų ir šilumokaičių išėjimų. tarpinių degalų ir oksidatoriaus cilindrų yra prijungti prie atitinkamų šių komponentų įvadų į variklio degimo kamerą. Išradimas užtikrina patikimo ir aplinkai nekenksmingo kriogeninio skystojo kuro raketinio variklio su darbinio tūrio degalų tiekimo sistema sukūrimą, kuris padidino efektyvumą ir išplėstą taikymo sritį, turi mažesnius matmenis ir svorį bei didesnį paleidimo patikimumą nulinės gravitacijos sąlygomis, padidino. degalų sąnaudų vienodumas ir efektyvumas, supaprastinti darbo režimai, mažesnės sąnaudos variklio kūrimui ir gamybai. 2 n.p. f-ly, 3 lig.
RF patento 2492342 brėžiniai
Išradimas yra susijęs su raketų ir kosmoso technologijomis (ROT) ir gali būti naudojamas varomuosiuose (PS) ir galios (EP) įrenginiuose perspektyviose tarporbitinėse transporto priemonėse (IOT) – nešančiosios raketų viršutinėse pakopose (VS), apogėjaus stadijose ( AS), viršutinės pakopos (RB) ir tarporbitiniai vilkikai (MB), skirti erdvėlaiviams (SV) pristatyti įvairias elipsines ir žiedines orbitas, taip pat išvykimo trajektorijas (į Mėnulį, Marsą ir kt.).
Šiuo metu SMT varomosiose sistemose dominuojančią padėtį užima skystųjų raketų varikliai (LPRE) su turbosiurblio kuro tiekimo sistema, kurių pagrindiniai trūkumai yra didelio įtempimo eksploatavimo parametrai, santykinis konstrukcijos sudėtingumas ir sumažėjęs patikimumas, lemiantis dideles išlaidas. laiko ir pinigų kuriant LRE, kad būtų pasiektas reikiamas patikimumas. Atsižvelgiant į tai, taip pat dėl pažangos kuriant lengvas ir labai stiprias kompozitines medžiagas, tampa aktualu grįžti prie tvarių skystojo kuro raketų variklių su tūrine kuro tiekimo sistema (VPS), kuri tokie privalumai kaip paprastumas, patikimumas, mažos kūrimo ir gamybos sąnaudos, greitas sistemos suvedimas į darbinę būklę. Tradicinis HSPT tipas yra sistema, kai skystojo kuro komponentai iš bakų į skystojo kuro raketinio variklio įleidimo angą perkeliami dujiniu darbiniu slėgiu skysčiu (pavyzdžiui, heliu).
Tačiau SMT varikliams, dirbantiems su kriogeniniu, aplinkai nekenksmingu kuru, kurio tankis paprastai yra mažesnis (pavyzdžiui, H 2 + O 2 degalai), vietoj turbopumpinės sistemos naudojamas tradicinis HSPT. reikšmingas pristatyto erdvėlaivio masės sumažėjimas ir specifinių jo pristatymo išlaidų padidėjimas dėl:
Didelio dydžio kuro bakų su dideliu slėgiu bake (p b >4 MPa) naudojimas;
Didelė reikalinga rezervuaro slėginių dujų masė, kuri yra pasyvi masė;
Sumažėjęs skystojo kuro raketinio variklio veikimas dėl žemo optimalaus slėgio degimo kameroje p pasirinkti (ypač RB varikliams, naudojantiems H 2 +O 2 kurą nuo p iki 2 MPa).
Iš netradicinio tipo HSPT variklių žinomi du daugkartinio paleidimo skystojo kuro raketinių variklių variantai, kurie padidino (palyginti su turbopumpiniais skystojo kuro raketiniais varikliais) efektyvumą ir yra imami kaip prototipas. Prototipo pranašumus prieš skystojo kuro raketinį variklį su tradicinio tipo HSPT lemia tai, kad jo didelių kuro bakų slėgis bake yra žemas (p b<0,2 МПа), а непосредственное питание двигателя осуществляется самовытеснением газифицируемых компонентов топлива из малоразмерных промежуточных баллонов окислителя (ПБО) и горючего (ПБГ). Газификация горючего и окислителя в ПБО и ПБГ осуществляется за счет тепла, снимаемого с рубашки охлаждения камеры двигателя. В сравнении с ВСПТ традиционного типа такая система подачи позволяет:
Daug kartų (3–6 kartus) sumažinti kuro bakų masę ir maždaug dydžiu – jų slėginės sistemos masę (įskaitant slėginių dujų masę ir jų laikymo balionų masę);
Žymiai padidinkite slėgį variklio degimo kameroje (CC), padidinkite jo purkštuko išsiplėtimo laipsnį ir specifinį traukos impulsą, kai visi kiti dalykai yra vienodi;
Užtikrinti didesnį kuro degimo išsamumą, supaprastintą variklio darbo režimų reguliavimą ir neperdirbtų degalų likučių masės sumažėjimą dėl visiško kuro komponentų dujinimo prieš jas tiekiant į variklio įleidimo angą.
Tačiau prototipas turi ir nemažai trūkumų. Palyginti nedideli aukšto slėgio degalų tiekimo priemonių (PBO ir PBG) kiekiai ir masės pasiekiami dėl mažos traukos (P 1 kN) ir trumpo variklio užvedimo (po 15 min.). Tai savo ruožtu apima kelių orbitų ilgalaikių skrydžio tarp orbitų schemų naudojimą su dideliu pagrindinio variklio aktyvavimo dažniu (iki n = 100 ar daugiau).
Prototipuose esantys oksidatoriai ir degalų imtuvai turi santykinai mažą tūrį ir svorį tik tuo atveju, jei jie naudojami toje vietoje, kur paleidžiamas skystojo kuro raketinis variklis ir pasiekia pastovią būseną (t. y. toje vietoje, kur sušildomas jo aušinimo apvalkalas). 10 s trukmės). Jei reikia užtikrinti ilgalaikį ir nenutrūkstamą skystojo kuro raketinio variklio veikimą (dėl kintamo imtuvo ir tarpinio cilindro įjungimo ir „įkrovimo“ kiekvieno komponento maitinimo linijose), perjungimo trukmė. ant imtuvų, reikiami jų tūriai ir masė turi būti padidinta eilės tvarka, o kartu padidinus variklio trauką - dviem dydžiais. Tuo pačiu metu, norint ilgą laiką eksploatuoti skystojo kuro raketų variklį, reikės tiksliai sinchronizuoti PBO ir PBG ištuštinimo ir jų „įkrovimo“ procesus su atitinkama tiekimo sistemos komplikacija. Papildoma problema yra didelis kuro komponentų, patenkančių į skystojo kuro variklio įleidimo angą iš nereguliuojamų imtuvų, slėgio ir temperatūros svyravimų juos ištuštinant.
Taigi, veiksmingo prototipo taikymo sritis yra tarporbitiniai skrydžiai, atliekami naudojant SMT (AS, RB ir MB), naudojant kelių orbitų schemas, kai naudojami skysto kuro varikliai su ribota trauka (P 1 kN). ir riboti traukos impulsai inkliuzuose (I 10 6 N) yra leistini ·Su).
Šio išradimo tikslas – sukurti patikimą ir aplinkai nekenksmingą kriogeninį skystojo kuro raketinį variklį su darbinio tūrio degalų tiekimo sistema, kuris padidintų efektyvumą ir išplėstų taikymo sritį bei turi:
Sumažinti viso variklio matmenys ir svoris;
Padidėjęs kuro tiekimo vienodumas ir supaprastinti darbo režimai;
Padidėjęs variklio užvedimo patikimumas nulinės gravitacijos sąlygomis;
Padidėjęs variklio efektyvumas naudojant degalų sąnaudas;
Sumažėjusios variklio kūrimo ir gamybos sąnaudos.
Šis tikslas pasiekiamas dviem variklio variantais.
Pirmojoje versijoje be siurblio kriogeninio skystojo kuro variklyje, kuriame yra oksidatoriaus tiekimo linija, įskaitant nuosekliai sujungtą baką su skystu oksidatoriumi, tarpinį oksidatoriaus cilindrą su uždarymo įtaisais įleidimo ir išleidimo angoje ir matavimo indą, esantį jo viduje. ertmė su išsiplėtimo antgaliu ir šilumokaičiu, slėgio reguliatoriumi ir degimo kameros varikliu bei degalų tiekimo linija, įskaitant nuosekliai sujungtą baką su skystuoju kuru, tarpinį kuro cilindrą su uždarymo įtaisais įleidimo ir išleidimo angoje ir matavimo indas su išsiplėtimo antgaliu ir šilumokaičiu, esančiu jo ertmėje, slėgio reguliatorius, variklio kameros aušinimo gaubtas, šilumokaičiai tarpiniams oksidatoriaus cilindrams ir degalai su uždarymo įtaisais įleidimo angoje ir degimo kameroje, lygiagrečiai su tarpiniais oksidatoriaus ir kuro cilindrais atsarginiai cilindrai yra sujungti su uždarymo įtaisais prie įleidimo ir išleidimo ir matavimo indų su išsiplėtimo antgaliu ir šilumokaičiu, esančiu jų ertmėse, be to, visų tarpinių cilindrų ertmės per uždarymo įtaisai, prijungti prie įtaiso efektyviam likutinių dujų išleidimui.
Iš prototipo varianto Nr. 1 skiriamieji bruožai yra tai, kad lygiagrečiai su tarpiniu oksidatoriumi ir degalų balionais yra sujungti atsarginiai cilindrai su uždarymo įtaisais įleidimo ir išleidimo angoje bei jų ertmėse esantys matavimo indai su išsiplėtimo antgaliu ir šilumokaičiu. , be to, visų tarpinių balionų ertmės per uždaromuosius įtaisus, sujungtus su įtaisu efektyviam likutinių dujų išleidimui. Šie skirtumai leidžia:
Naudokite pasikartojantį tarpinį cilindrą kiekvieno komponento tiekimo linijose, tuo pačiu „papildydami“ pagrindinį tarpinį cilindrą nauja skysto komponento dalimi (ir atvirkščiai), nesustabdydami variklio;
Iš skystųjų raketų variklio pašalinti oksidatorių ir kuro imtuvus (nes jų funkcijas pakaitomis atlieka pagrindinis ir atsarginis tarpinis cilindrai);
Veiksmingiau naudoti dujinius likučius iš tarpinių balionų, kol jie „papildomi“ nauja skysto komponento dalimi.
Pakaitinis dviejų tarpinių cilindrų naudojimas kiekvienos sudedamosios dalies tiekimo linijose (vietoj vieno prototipe) suteikia šias galimybes:
1) variklio traukos padidėjimas maždaug dydžiu (arba toks pat sumažėjęs tarpinių cilindrų su pastovia trauka talpa);
2) nuolatinio ir savavališkai ilgo pastovaus skystojo kuro raketinio variklio veikimo įgyvendinimas (nepriklausomai nuo tarpinių cilindrų darbinio tūrio).
Šios galimybės išplečia siūlomo variklio taikymo sritį (pavyzdžiui, naudojant orlaiviuose ir daugiapakopiuose orlaiviuose, kur reikalingas didesnis traukos lygis), taip pat padidina prototipui būdingų užduočių atlikimo efektyvumą. Pavyzdžiui, šio variklio, kurio trauka yra tokia pati kaip ir prototipas, bet turintis mažesnių matmenų ir svorio tarpinius cilindrus, panaudojimas RB padidins į geostacionarią orbitą (GEO) paleisto erdvėlaivio masę ir tuo pačiu sumažins. jo įdėjimo trukmė ~3 kartus , dėka ilgalaikio variklio įjungimo (įjungta = 2-3 val.) galimybė atlikti vienkartinį perėjimą iš geotransfer orbitos (GTO) į GEO. (Palyginimui, prototipo versijoje, kurios daugkartinio įjungimo trukmė = 10 15 min., „GPO GSO“ perėjimas turėtų būti atliktas pagal kelių posūkių ir kelių dienų schemą).
Tuo pačiu metu atsarginių cilindrų įvedimas ir oksidatorių bei degalų imtuvų pašalinimas iš skystojo kuro raketų variklių leidžia pasiekti daugybę susijusių efektų.
1. Variklio gabaritų ir svorio sumažinimą užtikrina tai, kad tarpinių cilindrų, „prikrautų“ skystu oksidatoriumi ir degalais, tūriai gali būti laikomi žymiai mažesniais (bent jau eilės tvarka), palyginti su imtuvų prototipai, įkrauti dujiniais komponentais iš tarpinių cilindrų.
2. Degalų tiekimo vienodumas ir skystojo kuro raketinio variklio darbo režimų supaprastinimas pasiekiamas naudojant panašius įtaisus kuro tiekimo sistemoje – tarpinius cilindrus su elementais, reguliuojančiais tiek dujinimo intensyvumą, tiek kuro komponentų kaitinimą ( atidarant arba uždarant blokavimo įtaisus įmontuotų šilumokaičių įvaduose), ir tiekiamų komponentų slėgį (naudojant slėgio reguliatorių tarpinių cilindrų išleidimo angoje).
Kuro tiekimo sistemos prototipoje naudojami skirtingų tipų įrenginiai (tarpiniai cilindrai ir imtuvai), kurių tiekiamų komponentų slėgis ir temperatūra skiriasi, o nereguliuojamiems imtuvams eksploatacijos metu nuolat keisis degalų komponentų parametrai išleidimo angoje, o kuro komponentų tiekimo sistemą apsunkina poreikis sinchronizuoti ištuštinimo procesus PBO ir PBG bei jų „perkrovimą“.
3. Variklio kūrimo ir gamybos kaštų mažinimas užtikrinamas dėl aukščiau nurodytų veiksnių (sudėties supaprastinimas, matmenų ir svorio sumažinimas, taip pat variklio darbo režimų supaprastinimas). Kaip veiksnys, mažinantis variklio gamybos sąnaudas, taip pat galima pastebėti dvigubą (palyginti su prototipu) serijinės PBO ir PBG gamybos padidėjimą.
4. Padidėjęs variklio užvedimo patikimumas nulinės gravitacijos sąlygomis realizuojamas dėl daug kartų didesnio turimo dujinio kuro komponentų tiekimo tarpiniuose cilindruose (lyginant su prototipo imtuvais).
5. Skystojo kuro variklių efektyvumo didinimas degalų sąnaudų požiūriu pasiekiamas maksimaliai padidinant naudingąsias dujinių likutinių komponentų iš tarpinių cilindrų sąnaudas (prieš jų „įkrovimą“), atliekamą naudojant įrenginį, skirtą efektyviai išpilti likutines dujas. Veiksmingiausia šio įrenginio versija – ašiniai mažos traukos raketiniai varikliai (LPRE), kurių trauka sutampa išilginės scenos ašies kryptimi. Be to, šiuo įrenginiu galima laikyti:
Scenos orientavimo ir stabilizavimo sistemos varikliai;
Ašiniai dujų purkštukai;
SMT maitinimo sistemos ir kitų borto vartotojų elektrocheminis generatorius (EKG).
Antroje variklio versijoje jo aušinimo apvalkalas yra padalintas (kaip ir prototipo versijoje Nr. 2) į kuro aušinimo sekciją ir oksidatoriaus aušinimo sekciją. Čia kriogeniniame skystojo kuro variklyje yra oksidatoriaus tiekimo linija, įskaitant nuosekliai sujungtą baką su skystu oksidatoriumi, tarpinį oksidatoriaus baką su uždarymo įtaisais įleidimo ir išleidimo angoje bei matavimo indą su išsiplėtimo antgaliu ir šilumą. jo ertmėje esantis šilumokaitis, slėgio reguliatorius, variklio kameros aušinimo gaubto sekcija su oksidatoriumi, tarpinio oksidatoriaus tiekimo cilindro šilumokaitis su uždarymo įtaisu prie įėjimo, variklio degimo kamera ir degalų tiekimo linija , įskaitant nuosekliai sujungtą baką su skystuoju kuru, tarpinį kuro cilindrą su uždarymo įtaisais įleidimo ir išleidimo angoje ir matavimo indą su išsiplėtimo antgaliu ir šilumokaičiu, esančiu jo ertmėje, slėgio reguliatorių, apvalkalo sekciją variklio kameros aušinimas degalais, šilumokaičiu tarpiniam kuro cilindrui su uždarymo įtaisu prie įėjimo ir variklio degimo kamera. Šioje variklio versijoje išskirtinis prototipo varianto Nr. 2, taip pat pirmiau aprašyto varianto, ypatumas yra tas, kad lygiagrečiai su tarpiniais degalų ir oksidatoriaus cilindrais yra atsarginiai cilindrai su uždarymo įtaisais įleidimo angoje. ir jų ertmėse esantys išleidimo ir matavimo konteineriai su išsiplėtimo antgaliu ir šilumokaičiu, o visų tarpinių balionų ertmės per uždaromuosius įtaisus sujungtos su efektyvaus likutinių dujų išleidimo įtaisu.
Skirtingai nuo pirmojo varianto, čia PBO ir jo atsarginio cilindro šilumokaičiai naudoja oksidatorių kaip aušinimo skystį (o ne kurą, kaip pirmajame variante) su savo atskiru šilumos šaltiniu - variklio kameros aušinimo gaubto sekcija su oksidatorius. Dėl to oksidatoriaus ir degalų tiekimo grandinės tampa visiškai nepriklausomos, sumažinant jų sąlyčio tikimybę variklio viduje, o tai užtikrins didesnį jo patikimumą ir padidintą eksploatavimo saugumą.
Siūlomi techniniai sprendimai iliustruojami brėžiniais, pavaizduotais 1÷3 pav. 1 paveiksle parodyta besiurbčio kriogeninio skystojo raketinio variklio (LPRE Nr. 1) pirmosios versijos schema, o 2 paveiksle – antrosios versijos (LPRE Nr. 2) schema. 3 paveiksle parodyta tarpinio cilindro schema, pritaikyta tiek oksidatoriui, tiek kurui, tiek skysto kuro varikliui Nr. 1 ir skysto kuro varikliui Nr. 2.
Abiejose versijose (1 ir 2 pav.) Kriogeninio skystojo kuro variklis be siurblio turi oksidatoriaus tiekimo sistemą su skysto oksidatoriaus baku 1, tarpiniais oksidatoriaus cilindrais 2 ir 3, slėgio reguliatoriumi 4, uždarymo įtaisais (SD) ir vamzdynais, degalų tiekimo sistema su skysto kuro baku 5 . variantas (2 pav.) - apvalkalas su atskiromis aušinimo sekcijomis su oksidatoriumi 13 ir kuru 14.
Tarpinio cilindro diagramoje (3 pav.) pavaizduotas bakas su skystu oksidatoriumi 1 (arba skystu kuru 5), su įsiurbimo įtaisu 15, tarpinis cilindras 2 (arba 3, 6, 7) su fiksavimo įtaisais 16, 17. , 18, 19 ir su matavimo indu 21, esančiu cilindro 20 ertmėje, turinčiu šilumokaitį 22 su išleidimo vamzdžiu 23 ir išsiplėtimo antgaliu 24 (pateiktas plyšinio žiedo formos antgalio variantas).
Abiejose raketų variklio versijose (1 ir 2 pav.) visi PBO (2 ir 3) ir PBG (6 ir 7) veikia vienodai. Panagrinėkime jų darbą naudodamiesi oksidatoriaus cilindrų pavyzdžiu.
Pradinėje padėtyje variklio kamera (EC) 10 (žr. 1 ir 2 pav.) veikia dujofikuotu oksidatoriumi iš PBO 3. Tokiu atveju ištuštinamas atsarginis cilindras 2 (3 pav.), jo įkrovikliai 16, 17 , 18 ir 19 yra uždaryti, o skystas oksidatorius bake 1 yra nusėdęs (prie įsiurbimo įtaiso 15 apatiniame bako dugne) dėl ašinės perkrovos dėl veikiančios skystojo kuro raketos traukos. variklis.
Atidarius įkroviklį 16, veikiant vidiniam slėgiui bake 1, skystas oksidatorius įstumiamas į matavimo indą 21. Jį pripildžius, įkroviklis 16 užrakinamas ir įkroviklis 18 atidaromas, dėl ko aušinimo gaubte šildomas aušinimo skystis (degalai iš aušinimo gaubto) tiekiamas į šilumokaičio 22 12 įvadą skystojo kuro raketinio variklio versijoje Nr. 1 1 pav. arba oksidatorius iš aušinimo apvalkalo 13 sekcijos skystojo kuro raketinio variklio versija Nr. 2 2 pav.). Veikiamas tiekiamos šilumos, oksidatorius, esantis konteineryje 21 (3 pav.), išgaruoja, tada, praeidamas per išsiplėtimo antgalį 24, visiškai dujoja ir užpildo ertmę 20, todėl joje padidėja slėgis. Pasiekus tam tikrą slėgį, rodantį, kad cilindras 2 yra paruoštas darbui, įkroviklis 18 užsidaro ir sustabdo aušinimo skysčio tiekimą į šilumokaičio 22 įvadą. Be to, ištuštėjus PBO 3 (1 pav. ir 2) ir įkroviklio uždarymas prie jo išėjimo, nustatomas pagal slėgio kritimo momentą PBO 3, yra žemiau darbinio lygio, atsidaro išėjimo įkroviklis 17 (3 pav.) prie atsarginio cilindro 2 ir pradeda veikti dujinis oksidatorius. tekėti per slėgio reguliatorių 4 (1 ir 2 pav.) arba į CS 11 skysčių raketų variklio versijoje Nr. 1 (1 pav.), arba į slėgio reguliatoriaus aušinimo apvalkalo 13 sekciją skystyje raketinio kuro variklio versija Nr. 2 (2 pav.). Tokiu atveju įkroviklis 18 prie atsarginio cilindro 2 šilumokaičio įleidimo (3 pav.) atsidaro ir aušinimo skystis patenka į šilumokaitį 22, kad būtų palaikomas oksidatoriaus dujinimo procesas ir atsarginio cilindro 2 išleidimas. į pastovios būsenos režimą, kai CD tiekiamas oksidatorius.
Toliau, kai atsarginis cilindras 2 pasiekia pastovią darbo būseną, atsidaro ištuštinto PBO 3 įkroviklis 19 ir iš jo ertmės 20 likęs dujinis oksidatorius „išleidžiamas“ per įrenginį 9, parodytą 1 ir 2 pav. (pavyzdžiui, per ašinius raketų variklius). Išsiurbus PBO 3 ertmę 20 (3 pav.) ir uždarius įkroviklį 19, oksidatoriaus tiekimo sistemos veikimo pusės ciklas baigiamas – sistema perkeliama į aukščiau aprašytą pradinę būseną, kai PBO 3 ir atsarginio cilindro 2 vaidmenys pasikeitė, o PBO 3 yra paruoštas „įkrauti“ naują skysto oksidatoriaus dalį.
Panašūs ir lygiagrečiai procesai vyksta su PBG 6 ir jo atsarginiu cilindru 7 degalų tiekimo linijoje.
Oksidatoriaus ir degalų tiekimo linijose bet kuriuo SMT skrydžio momentu viename iš tarpinių cilindrų poros dujinio komponento vidinis slėgis visada bus ne mažesnis už komponento tiekimo į variklio įleidimo angą darbinį slėgį ir visada bus didesnis už šio komponento tiekimo slėgį kitiems esamiems laive vartotojams – SMT orientavimo ir stabilizavimo sistemos varikliams, borto EKG maitinimo sistemos kuro elementams (jeigu yra) ir kt. Taigi siūlomas besiurbis kriogeninis skysto kuro raketinis variklis gali atlikti ne tik savo funkcijas (kaip varomasis įtaisas), bet ir pagrindinių kuro komponentų tiekimo į laive esančią elektrinę sistemų funkcijas, SMT orientavimo ir stabilizavimo varomojoje sistemoje. tt Tai turi papildomą efektą, leidžiantį supaprastinti SMT sudėtį, sumažinti jo konstrukcijos svorį ir atitinkamai padidinti paleistos naudingosios apkrovos masę.
Siūlomas skystojo kuro raketinis variklis įgyvendina tokias pačias efektyvias kelių orbitų tarporbitinio skrydžio schemas su minimaliomis energijos sąnaudomis (varikliui įjungiant tarpinių orbitų apsidalintuose taškuose), kaip ir prototipas. Tačiau reikiamą skystojo kuro raketinio variklio įjungimo dažnumą, tarpinių orbitų orbitų skaičių ir atitinkamai tarporbitinio skrydžio trukmę čia galima daug kartų sumažinti tiek padidinus (didumo tvarka) variklio trauką ir leidžiant savavališkai pailginti nepertraukiamo jo veikimo trukmę.
Abu siūlomo besiurbio kriogeninio skystojo kuro raketinio variklio variantai turi bent tuos pačius pranašumus kaip ir prototipas, aukščiau aprašytus pranašumus prieš variklius su tradicinio tipo HSPT. Palyginti su geriausiais turbopumpinių skystojo kuro raketų variklių pavyzdžiais, abi siūlomo kriogeninio skystojo kuro raketinio variklio be siurblio versijos turi visus variklių su HSPT privalumus (paprastumas, patikimumas, mažos kūrimo ir gamybos sąnaudos, greitas sistemos įdiegimas į darbinę būklę) ir tuo pat metu turi pranašumą dėl efektyvaus naudojimo kaip SMT dalis tiek energetinių, tiek techninių ir ekonominių rodiklių požiūriu.
Nuorodos
1. 2011 m. sausio 18 d. RF patento Nr. 2011101528 „Daugkartinio naudojimo skysto raketinio variklio (variantai)“ su prioritetu paraiška.
REIKALAVIMAS
1. Besiurbis kriogeninis skysčio raketinis variklis su oksidatoriaus tiekimo linija, įskaitant nuosekliai sujungtą baką su skystu oksidatoriumi, tarpinį oksidatoriaus baką su uždarymo įtaisais įleidimo ir išleidimo angoje ir matavimo indą su išsiplėtimo antgaliu ir šilumokaičiu jo ertmėje esantis slėgio reguliatorius ir degimo kameros variklis bei degalų tiekimo linija, įskaitant nuosekliai sujungtą baką su skystuoju kuru, tarpinį kuro cilindrą su uždarymo įtaisais įleidimo ir išleidimo angoje ir matavimo indą su išsiplėtimo antgalį ir šilumokaitį, esantį jo ertmėje, slėgio reguliatorių, variklio kameros aušinimo gaubtą, šilumokaičius tarpiniams degalų cilindrams ir oksidatorių su uždarymo įtaisais variklio įleidimo angoje ir degimo kameroje, pasižyminti tuo, kad lygiagrečiai su oksidatoriaus ir degalų tarpiniais cilindrais yra prijungti atsarginiai cilindrai su uždarymo įtaisais įleidimo ir išleidimo angoje bei matavimo indai, esantys jų ertmėse su išsiplėtimo antgaliu ir šilumokaičiu, be to, sujungtos ertmės, visi tarpiniai cilindrai per fiksavimo įtaisus iki efektyvaus dujinių likučių pašalinimo įtaiso.
2. Besiurbis kriogeninis skysčio raketinis variklis su oksidatoriaus tiekimo linija, įskaitant nuosekliai sujungtą baką su skystu oksidatoriumi, tarpinį oksidatoriaus baką su uždarymo įtaisais įleidimo ir išleidimo angoje ir matavimo indą su išsiplėtimo antgaliu ir šilumokaičiu jo ertmėje esantis slėgio reguliatorius ir aušinimo gaubto sekcija.variklio kameros su oksidatoriumi, tarpinio oksidatoriaus cilindro šilumokaitis su uždarymo įtaisu prie įėjimo ir variklio degimo kamera bei degalų tiekimo linija, įskaitant nuosekliai sujungtas bakas su skystuoju kuru, tarpinis kuro cilindras su uždarymo įtaisais įleidimo ir išleidimo angoje ir matavimo indas su išsiplėtimo vožtuvu, esančiu jo ertmėje, antgaliu ir šilumokaičiu, slėgio reguliatoriumi, gaubto sekcija variklio kameros aušinimo degalais, šilumokaičiu tarpiniam degalų cilindrui su uždarymo įtaisu įleidimo angoje ir variklio degimo kamera, b e s i s k i r i a n t i tuo, kad atsarginiai cilindrai su uždarymo įtaisais įleidimo ir išleidimo angoje yra sujungti lygiagrečiai tarpiniai oksidatoriaus ir kuro balionai bei matavimo indai su išsiplėtimo antgaliu ir šilumokaičiu, esantys jų ertmėse, be to, visų tarpinių cilindrų ertmės per fiksavimo įtaisus sujungtos su efektyviu dujinių likučių šalinimo įrenginiu.
