Arskama.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Чем заправляют реактивный двигатель

Принцип работы и устройство реактивного двигателя

Первые двигатели появились давным-давно и преобразовывали мускульную силу животных в полезную для достижения конкретной цели энергию. Простейший пример – лошадь, помогающая крутить эернова мельницы. Затем появились ветряные мельницы, где жернова приходили в движение за счет энергии ветра, иди водяные мельницы, использующие течение рек.

Двигатели, работающие на топливе

Примечательно, что идея была позаимствована у артиллеристов, наблюдая за которыми, Гюйгенс обратил внимание на то, что после выстрела, орудия откатывались в сторону, противоположную выстрелу.

Наработки голландца, а также ряда других заслуженных ученых, значительно облегчили путь создания топливных двигателей, которыми мы пользуемся до сих пор. На место пороха пришли бензин и солярка, обладающие иными физическими свойствами и температурами горения, необходимыми для выделения энергии.

Явление отдачи

Но научные поиски и разработки на этом не прекращались. Как всегда, на помощь пришла природа, которая, в большинстве случаев и наталкивает изобретателей на удивительные открытия.

Наблюдения за морскими жителями, такими как осьминоги, кальмары и каракатицы, привели к неожиданным результатам. Манера движения этих морских обитателей, была схожа с кратковременным толчком. Будто тело отталкивается отчего – то и продвигается вперед.

Эти наблюдения были чем-то схожи с замечаниями Гюегенса про выстрел и пушку, которые мы упоминали выше.

Таким образом, в физики появилось понятие «явление отдачи». В ходе дальнейших научных исследований было выяснено, что именно благодаря явлению отдачи происходит все движение на планете Земля: автомобиль отталкивается от земли, корабль – от воды и т.д.

Движение тел происходит благодаря передаче импульса от одного объекта другому. Для объяснения явления приведем простейший пример: вы решили толкнуть своего товарища в плечо, приложили определенную силу, в результате которой, он сдвинулся с места, но и вы испытали силу, отталкивающую вас в противоположную сторону.

Конечно, расстояние, на которое сдвинетесь вы и ваш друг, будет зависеть от ряда факторов: сколько вы весите, как сильно вы его толкнули.

Реактивный двигатель и принцип его работы

Любой из нас способен воочию наблюдать явление реактивной реакции. Все что необходимо, надуть воздушный шарик и отпустить. Каждый знает, что произойдет далее: из шарика будет вырываться поток воздуха, который будет двигать тело шарика в противоположном направлении.

Согласитесь, очень похоже на то, как кальмар, сокращая свои мышцы, создает струю воды, толкающую его в противоположном направлении.

Наблюдения, описанные выше, получили точные научные объяснения, были отображены в физических законах:

  • закон сохранения импульса;
  • третий закон Ньютона.

Именно на них основывается принцип работы реактивного двигателя: в двигатель поступает поток воздуха, который сгорает в камере внутреннего сгорания, смешиваясь с топливом, в результате чего образуется реактивная струя, заставляющая тело двигаться вперед.

Принцип работы достаточно прост, однако устройство подобного двигателя довольно сложное и требует точнейших расчетов.

Устройство реактивного двигателя

Реактивный двигатель состоит из следующих основных элементов:

  • компрессор, который засасывает в двигатель поток воздуха;
  • камера внутреннего сгорания, где происходит смешивание топлива с воздухом, их горение;
  • турбина – придает дополнительное ускорение потоку тепловой энергии, полученной в результате горения топлива и воздуха;
  • сопло, важнейший элемент, который преобразует внутреннюю энергию в «движущую силу» – кинетическую энергию.

Благодаря совместному взаимодействию этих элементов, на выходе реактивного двигателя образуется мощнейшая реактивная струя, придающая объектам, на которых установлен двигатель, высочайшую скорость.

Реактивные двигатели в самолете

Первый реактивный самолет был разработан немцами в 1937 году, а его испытания начались лишь в 1939 году. Однако имеющиеся на то время двигатели потребляли невероятно большое количество топлива и запас хода такого самолета составлял всего лишь 60 км.

В это же время Японии и Великобритании удалось создать собственные самолеты с реактивными двигателями. Но это были лишь опытные экземпляры, так и не поступившие в серийное производство.

Первым серийным реактивным самолетом стал немецкий «Мессершмит», который, однако, не позволил гитлеровской коалиции взять верх в развязанной ими войне.

В гражданской же авиации реактивные самолеты появились лишь в 1952 году в Великобритании.

С тех пор и по настоящие дни, реактивные двигатели являются основными двигателями, применяемыми в самолетостроении. Именно благодаря им, современны лайнеры развивают скорость до 800 километров в час.

Реактивные двигатели в космосе

Как вы уже поняли, наиболее мощным двигателем, способным поднять ракету на высоту во много тысяч километров, являлся именно реактивный двигатель.

Конечно, возникает вопрос: как может работать реактивный двигатель в космосе, в безвоздушном пространстве?

В устройстве ракеты предусмотрен резервуар с кислородом, который смешивается с ракетным топливом и образует необходимую тягу полета ракеты, когда космический корабль покидает атмосферу Земли.

Затем приходит в действие закон сохранения импульса: масса ракеты постепенно уменьшается, сгоревшая смесь топлива и кислорода выбрасывается через сопло в одну сторону, а тело ракеты движется в противоположную.

Читать еще:  Шевроле авео громче работает двигатель

Джефф Безос показал первое испытание двигателя BE-7 для лунного посадочного модуля Blue Moon

Поделитесь в соцсетях:

  • Нажмите, чтобы поделиться на Twitter (Открывается в новом окне)
  • Нажмите здесь, чтобы поделиться контентом на Facebook. (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться на LinkedIn (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться записями на Pocket (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться в Telegram (Открывается в новом окне)

Основатель компании Blue Origin Джефф Безос в ночь на 21 июня опубликовал короткое видео первого испытания реактивного двигателя BE-7, предназначенного для лунного посадочного модуля Blue Moon.

First hotfire of our #BE7 lunar landing engine just yesterday at Marshall Space Flight Center. Data looks great and hardware is in perfect condition. Test went full planned duration – 35 seconds. Kudos to the whole @BlueOrigin team and grateful to @NASA_Marshall for all the help! pic.twitter.com/cTjjrngumY

Испытания двигателя прошли на тестовом стенде Центра космических полетов имени Джорджа Маршалла. В рамках испытания инженеры компании провели один длительный прожиг продолжительностью в 35 секунд. В своем твите Безос отметил, что полученные данные выглядят отлично, а оборудование находится в идеальном состоянии. Иными словами, испытания прошли успешно.

Увы, никаких других подробностей вроде значения температуры в камере сгорания, максимально развитой тяги и т.д., не сообщается. Ранее говорилось, что силовая установка способна развивать тягу до 40 кН.

Как можно видеть, в самом начале прожига реактивная струя ненадолго приобретает ярко-зеленый оттенок, но затем становится прозрачной и остается таковой до конца теста. Зеленый окрас струи вполне может смесью, которая используется во время поджига. Сразу после выгорания этой жидкости струя становится прозрачным, поскольку сам двигатель работает на жидком водороде (горючее) и жидком кислороде (окислитель) — высокоэффективном и экологически чистом топливе.

Напомним, особенностью BE-7 является широкое использование деталей, изготовленных методом трехмерной печати.

Предполагается, что Blue Moon будет оснащаться одним двигателем BE-7, который будет использоваться во время снижения аппарата на поверхность Луны. Ранее Безос утверждал, что спускаемый аппарат может быть как беспилотным и использоваться для доставки роботизированных роверов на Луну, так и пилотируемым. И поскольку BE-7 работает на жидком кислороде и водороде, в теории заправлять корабль можно будет водой, добываемой из ледников на Луне.

Анонсируя лунный модуль Blue Moon в прошлом месяце, Blue Origin заявляла, что вполне может обеспечить полет к Луне в предусмотренные лунной программой NASA сроки — к 2024 году. И эти успешные испытания являются важным шагом в этом направлении и заявкой на успех. В ближайшее время NASA окончательно утвердит техническое задание и дизайн спускаемых лунных модулей, а затем выберет одну или две компании, которые до конца года должны будут представить корабли. Учитывая нынешние успехи Blue Origin, компания Безоса имеет все шансы получить заказ NASA.

Чем заправляют самолеты?

Большинство пассажирских самолетов заправляют реактивным топливом. Каждая модель самолета рассчитывается на определенный вид горючего, использование которого обеспечат максимальные показатели. Также есть допустимые аналоги, при котором двигатели не теряют своих характеристик.

  1. Виды авиатоплива
  2. Авиакеросин для пассажирских самолетов
  3. Авиакеросин для военных самолетов
  4. Сколько топлива нужно для заправки?
  5. Сколько стоит заправить Боинг 747?
  6. Как заправляют самолеты
  7. Дозаправка в воздухе
  8. Заправка в аэропортах

Виды авиатоплива

Топливо для самолетов бывает 2 видов:

  • Авиабензин для самолетов с поршневыми двигателями, а также для обслуживания деталей в качестве растворителя.
  • Авиакеросин. Применим для реактивных двигателей. Это дизельное топливо после глубокой переработки.

Керосин также отличается подвидами, в зависимости от условий использования.

Авиакеросин для пассажирских самолетов

Для пассажирских лайнеров используется в основном керосин для дозвуковой авиации. К таким относятся марки Т-1 и Т-2. Это топливо с мелкими бензиновыми фракциями, чем больше их процент, тем меньше практический потолок высоты самолета. Т-1 с меньшим содержанием фракций является весьма стабильным горючим, которое соответствует нормам международных полетов.

Авиакеросин для военных самолетов

Для дозвуковой авиации и сверхзвуковой, керосин будет разный. Для военных самолетов, выходящих за скорость звука, существует более тяжелое топливо – Т-6 и Т-8В. Это более тяжелые виды, поскольку в реактивных двигателях на высоких скоростях топливо быстро испаряться.

Сколько топлива нужно для заправки?

Расход топлива является, чуть ли не основным параметром воздушного судна. Ведь чем меньше топлива расходуется, тем меньше затрат на обслуживание самолета приходится компании.

Количество горючего на борту напрямую зависит от параметров полета и типа самолета. На близкое расстояние топливо скорей всего сильно сэкономят.

Также немаловажен маршрут полета, наличие промежуточных пунктов посадки. Учитываются даже погодные условия на маршрутом пути.

Рассчитать точное количество топлива, которое требуется для заправки лайнера, очень сложно. Это число редко совпадает с тем, что указано в технических характеристиках. Однако примерно посчитать эту цифру все-таки можно.

Читать еще:  Что смотреть если не заводится двигатель

На определенный рейс, самолет заправят учитывая:

  1. Топливо необходимое для преодоления расстояния до аэропорта назначении.
  2. Топливо для полета от аэропорта назначение до запасного аэродрома.
  3. Горючее для ожидания посадки в течение 30 минут на малой высоте.
  4. Надбавка 5% на непредвиденные обстоятельства.

Видео как заправляют самолеты:


Сколько же стоит заправить самолет на один рейс? За пример возьмем стоимость тонны керосина в аэропорту Домодедово – примерно 47 300 рублей за тонну с учетом НДС. Для примерного расчета будем опираться на эту цену.

Расход топлива на самолетах марки Боингах 737-300 указан как 25,5 г. на пассажира за 1 км.

Возьмем для примера рейс Москва – Санкт-Петербург. Расстояние перелета в данном случае будет равно 633 км. Путем умножения, получаем расход на пассажира = 16,14 кг., а учитывая цену керосина в аэропорту Домодедово, это 763,5 рубля. Средняя вместимость лайнера 737 – 150 человек, соответственно заправить его обойдется в 114 523 руб. Эта цифра, естественно не окончательный расход. Учитывая вышеописанные условия, она может увеличиться до 150 000 ₽.

Сколько стоит заправить Боинг 747?

Рассмотрим один из самых больших лайнеров современности Боинг 747. Несмотря на свои гигантские размеры и большую стоимость, самолет может похвастать своей высокой экономичностью. Потребляет он для модели 100 – 32г. на пассажира за километр, а серии 300 – 22,4 г. Часовой расход горючего – 14 500 км., то есть на полет Москва-Санкт-Петербург чисто гипотетически будет потрачено около 700 000₽. Тем не менее самолет очень популярен и состоит в большинстве ведущих компаний мира.

Как заправляют самолеты

Заправка очень важный процесс при обслуживании летной техники.

Заправка бывает двух видов:

  • дозаправка в воздухе (военных самолетов);
  • полная заправка в аэропорту.

Каждый из видов по своему сложен. Рассмотрим их по порядку.

Дозаправка в воздухе

Это один из самых сложных и, в то же время зрелищных элементов полетов военной техники. Именно в России более 100 лет назад была придумана воздушная заправка. Не всегда она была такой, как мы ее видим сейчас. Существовали уникальные методы, в частности у бомбардировщиков Ту-16, когда самолеты заправлялись «крыло в крыло». И по сей день, наша военная авиация является передовой в технике заправок в воздухе. К сожалению, этот процесс не так просто увидеть обычным зрителям. Все потому, что попросту опасен ввиду чрезвычайного сближения самолетов (примерно на 20 метров).

Смотрите видео как заправляют бомбардировщик Стелс:

Видео как заправляют Су-24:


В данный момент многие типы самолетов военной авиации ВКС России обладают возможностью заправиться в воздухе.

  1. Истребители — Су-27, Миг-31,Миг-29;
  2. Штурмовики – Су-24М;
  3. Бомбардировщики – Ту-95, Ту-160.

Заправщиком в основном сейчас выступает модернизированный Ил-78М.

Чтобы заправить в воздухе истребитель потребуется 6 минут, тяжелый бомбардировщик – 20 минут, танкер – 45 минут.

Смотрите видео подборку неудачных дозаправок в воздухе:

Заправка в аэропортах

В аэропорт топливо попадает двумя путями:

  1. Железнодорожным путем попадает топливо в цистернах, из которых при тщательном контроле всех параметров содержимое перекачивается в специальные резервуары. Рядом, по нормам всегда должны находиться подземные отсеки с водой, который в экстренном случае будут использованы для тушения горючего. На цистернах находятся специальные приборы, которые показывают все параметры топлива. Для перегонки используются мощные насосы.
  2. Трубопровод. Этот путь включает в себя доставку по трубам горючего с ближайшего нефтеперерабатывающего узла. На территории аэропорта находятся приборы учета качества топлива, которое проверяется по 12 основным параметрам. После анализа материала, происходит перегонка в центральный заправочный комплекс.

Процесс заправки лайнера может осуществляться двумя способами: через топливо заправщик или специальные колонки, расположенные по всей территории.

В среднем, скорость заправки через топливо заправщик будет составлять около 40 минут – это регламентировано максимальной скоростью подачи топлива по международным стандартам. На всех стадиях заправки строго соблюдается техника безопасности.

В заключении отметим, что процесс заправки очень важен для современных полетов, как гражданских, так и военных. Эта весьма сложная и опасная процедура. В ней много особенностей, исходя из условий применения и типов самолетов.

Гражданские самолеты в большинстве случаев потребляют огромное количество топлива, однако в пересчет на одного пассажира – это приемлемая цифра. Многие производители модифицируют самолет, чтобы повысить ее экономичность и, следовательно, уменьшить расходы на обслуживание. Современное высококачественное авиационное топливо поставляется во все крупные аэропорты, где происходит дозаправка лайнеров. А дозаправка в воздухе – одно из самых захватывающих зрелищ для зрителей и ответственных процедур для военных летчиков. Главным фактором остается одно – соблюдение техники безопасности.

SLM-технология бьет рекорды: напечатан самый большой ракетный двигатель

Производитель металлических аддитивных установок SLM Solutions изготовил для британской аэрокосмической компании Orbex двигатель, который назван самым большим в мире ракетным двигателем, созданным с помощью 3D-печати.

Читать еще:  Холодный пуск двигателя пробег

Двигатель для коммерческой орбитальной ракеты-носителя Prime был напечатан на 3D-принтере как цельнометаллическое изделие и будет использоваться для доставки на орбиту небольших спутников. Ракета Prime была недавно официально представлена в ходе церемонии открытия нового головного предприятия Orbex в Форресе (Шотландия), созданного при поддержке фонда Европейской комиссии Horizon 2020, Космического агентства Великобритании (UKSA) и других частных и общественных организаций.

На торжественной церемонии Грэм Тернок, исполнительный директор UKSA, заявил: «Новый проектный комплекс Orbex – еще один шаг Великобритании к самостоятельным коммерческим запускам ракет. Это укрепление ее лидерских позиций в Европе в глазах тех, кто устремляет свой взор на орбиту Земли и за ее пределы в поиске новых возможностей».

От безвестного стартапа до инвестиций в 40 миллионов долларов

Orbex была основана в 2015 году с целью вывода на земную орбиту коммерческих аппаратов формата «кубсат» – небольших спутников с массой в несколько килограммов. Компания работала «в режиме невидимости» до июля 2018, когда она объявила о привлечении частного и государственного финансирования в размере 30 млн фунтов стерлингов (40 млн долларов США). Тогда же была официально подтверждена информация о том, что UKSA предоставит Orbex возможность производить запуски с космодрома в Сазерленде, используя его совместно с американским конкурентом – компанией Rocket Lab.

Благодаря 3D-печати Prime стала на 30% легче и на 20% эффективнее по сравнению с любой другой ракетой-носителем этой категории

Легкая ракета-носитель Prime от Orbex заправляется жидким кислородом и пропаном – газом, который является нетоксичной и более дешевой альтернативой водороду. Как и у многих других современных ракет, разгонный блок Prime рассчитан на многократное использование, что снижает объем отходов, возникающих в процессе запуска.

Ракета Prime высотой 19 м и диаметром 1,3 м способна доставлять полезную нагрузку в 150 кг на высоту до 500 км. В этом отношении она сопоставима с ракетой Electron компании Rocket Lab, полезная нагрузка которой составляет от 150 до 225 кг, однако следует учесть, что в этих двух ракетах используются разные виды топлива.

3D-печать двигателя для ракеты Prime

Двигатель для ракеты Prime был напечатан компанией SLM Solutions на крупноформатном 3D-принтере SLM 800. Камера построения SLM 800 имеет размер 260×500 мм и позволяет печатать детали высотой до 800 мм – то, что необходимо для двигателя Orbex.

Двигатель был изготовлен из никелевого сплава, и аддитивный способ производства позволил Orbex затратить на 90% меньше времени и сократить расходы более чем на 50% по сравнению с традиционной обработкой на станках с ЧПУ. Кроме того, по мнению специалистов, такой способ изготовления двигателя дал возможность сделать ракету Prime «на 30% легче и на 20% эффективнее по сравнению с любой другой ракетой-носителем этой категории». На этапе разработки концепции стратегический инвестор Orbex – компания Elecnor Deimos Space продемонстрировала, что масса ракеты Prime составляет всего 18 тонн.

Один из ключевых факторов в процессе производства двигателя – 3D-печать металлом в виде цельного изделия, что существенно повышает его общую надежность в силу отсутствия каких-либо стыков и швов. Рассказывая о процессе создания двигателя, Лукас Панкевич, специалист SLM Solutions по применению 3D-печати, отмечает: «Мы стремились оправдать ожидания команды Orbex в отношении качества и сделать двигатель пригодным для аддитивного производства без ущерба для его функциональности. При подготовке данных была индивидуально настроена каждая поддерживающая структура, чтобы обеспечить наилучшее качество в каждой секции двигателя, учитывая, помимо прочего, процесс постобработки».

Ждем запуска в 2021 году!

В индустрии частных космических запусков появляется все больше конкурентов, которые спешат занять место лидера на коммерческом рынке. Стремясь снизить уровень затрат и разрабатывать новые, облегченные конструкции, многие производители в этой сфере прибегают к использованию 3D-принтеров для производства двигателей. Так, 3D-печать использовалась при создании двигателя Superdraco компании Space X, двигателя AR1 (Aerojet Rocketdyne), двигателя Rutherford (Rocket Lab) и отдельных деталей двигателей серии BE компании Blue Origin.

Первый запуск ракеты Orbex Prime с напечатанным на 3D-принтере двигателем запланирован на 2021 год – это будет вывод экспериментальной полезной нагрузки для компании Surrey Satellite Technology, являющейся лидером в области применения 3D-печати.

Выступая на церемонии официального представления ракеты Prime, Крис Лармор, генеральный директор Orbex, отметил: «Сегодня компания Orbex сделала несколько больших шагов вперед, создав нечто уникальное для Европы — хорошо финансируемый частный проект по запуску микроспутников, за которым стоят отличные производственные возможности, тесное сотрудничество с промышленными предприятиями и быстрый рост числа коммерческих клиентов».

Перевод с английского. Оригинал этого материала на сайте 3dprintingindustry.com

Статья опубликована 05.04.2019 , обновлена 27.04.2021

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector