• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
07.12.2023
ПНИПУ
4
618

В Пермском Политехе разработали эффективный состав топлива в виде гранул для ракетных двигателей

4.4

В беспилотных, боевых самолетах и крылатых ракетах применяются надежные и простые в конструкции ракетно-прямоточные двигатели. Сейчас в энергетических системах используются разные виды топлива, которые в этом типе двигателя приводят к определенным недостаткам, например, невозможности многократного запуска и низким эксплуатационным характеристикам. Поэтому актуален поиск других способов повышения эффективности ракетно-прямоточного двигателя. Для этого ученые Пермского Политеха подобрали оптимальный состав нового гранулированного топлива, который усовершенствует работу летательного аппарата.

В Пермском Политехе разработали эффективный состав топлива в виде гранул для ракетных двигателей
В Пермском Политехе разработали эффективный состав топлива в виде гранул для ракетных двигателей / © Getty images

Статья опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника». Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030». Конструкция ракетно-прямоточного двигателя отличается простотой и минимальным количеством составляющих элементов. Его тяга обеспечивается сгоранием топлива и образованием реактивного потока. Установка состоит из диффузора, камеры сгорания и сопла, а также вспомогательных систем подачи топлива и зажигания. Такие двигатели устанавливают на крылатых ракетах, летающих мишенях и непилотируемых самолетах, летающих со скоростью в пределах от двух до пяти маха (2400-6100 километров в час).

Известные типы топлива – жидкое и твердое усложняют конструкцию ракетно-прямоточного двигателя, ограничивают возможность в регулировании тяги и многократного запуска. У установки на гранулированном топливе более простая и доступная конструкция. Она совмещает в себе плюсы альтернативных горючих, можно регулировать расход топлива и тягу в широком диапазоне, включать и выключать установку. 

«Топливо имеет форму гранул, что обеспечивает ему текучесть и возможность регулирования расхода при подаче. Сама гранула представляет собой частицу окислителя, покрытую слоем горючего. Такого смешения трудно добиться при раздельной подаче. Также объединение компонентов топлива снижает требуемое количество подаваемого воздуха в камеру дожигания, что позволит применять такой двигатель на большой высоте, в неплотных слоях атмосферы», – рассказывает аспирант кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы» ПНИПУ Григорий Доткин.

В настоящее время гранулированное топливо не используется в двигателях ракетно-прямоточного типа. Ученые Пермского Политеха доказали, что это возможно и эффективно, однако важно подобрать оптимальный состав горючего, который обеспечит безопасность, надежность и высокие эксплуатационные характеристики летательного аппарата. В рамках исследования политехники выбрали широко применяемые компоненты ракетных топлив (октоген, перхлорат аммония, сополимер дивинила) и малоизвестные, но перспективные компоненты (азепины) с высоким теплосодержанием – это количество тепловой энергии, которое выделяется при сгорании единицы топлива.

Политехники провели индивидуальные расчеты веществ и их различных комбинаций, определили для них все необходимые параметры — температуру, плотность, массовую долю. Для подбора подходящего состава топлива в специальной программе рассчитали поведение данных комбинаций в процессе работы летательного аппарата при высоте в 30 километров.

В результате изучения различных топливных составов ученые сформулировали критерии, определяющие эффективность работы двигателя на гранулированном топливе. К ним относится устойчивая температура горения в газогенераторе, плотность топлива, соотношение расходов воздуха и топлива для увеличения высоты полета и одна из важнейших характеристик эффективности двигателя – удельный импульс, отношение тяги двигателя к массовому расходу топлива.

Еще важно учитывать содержание конденсированной фазы – твердых частиц в газообразных продуктах сгорания, ученые стремятся их минимизировать, так как они отрицательно влияют на конструкцию двигателя, не расширяются в сопле и приводят к потере тяги.

«В итоге все рассмотренные нами составы на основе освоенных компонентов имеют низкое значение отношения расходов воздуха и топлива, что позволит эксплуатировать летательный аппарат с таким типом двигателя в неплотных слоях атмосферы (выше 30 км). Топлива на основе азепинов, при их содержании около 80 процентов, хотя и обладают высоким удельным импульсом, но не отвечают остальным критериям», – поделился доктор технических наук, профессор кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы» ПНИПУ Владимир Малинин.

Политехники отмечают, что составы на основе октогена и перхлората аммония при определенной массовой доле окислительных компонентов (60-80 процентов) удовлетворяют всем критериям. Значит, их использование в составе нового топлива в виде гранул увеличит эффективность двигателя и усовершенствует работу летательного аппарата.

Ранее гранулированное топливо в ракетно-прямоточных двигателях не использовалось. Исследование ученых ПНИПУ доказывает, что это возможно. Большая высота полета (более 30 километров) летательных аппаратов и многократный запуск увеличат дальность полета и уменьшат количество требуемого горючего. Разработанная схема двигателя и выбранный для нее состав гранулированного топлива – это перспективное решение для применения в беспилотниках и крылатых ракетах.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Пермский национальный исследовательский политехнический университет (национальный исследовательский, прошлые названия: Пермский политехнический институт, Пермский государственный технический университет) — технический ВУЗ Российской Федерации. Основан в 1960 году как Пермский политехнический институт (ППИ), в результате объединения Пермского горного института (организованного в 1953 году) с Вечерним машиностроительным институтом. В 1992 году ППИ в числе первых политехнических вузов России получил статус технического университета.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Позавчера, 13:46
ПНИПУ

Согласно планам России по развитию авиастроения, к 2030 году будет произведено свыше тысячи отечественных самолетов. Перед промышленными предприятиями сейчас стоит масштабная задача — ускорить цикл проектирования, производства и сервиса авиационных двигателей. Во время их сборки могут возникать дефекты, которые тормозят процесс и снижают показатели эффективности. Один из наиболее распространенных дефектов — дисбаланс ротора, основной части турбины двигателя. Он приводит к повышению нагрузки, меняет режим работы и ускоряет разрушение двигателя. Ученые ПНИПУ предложили минимизировать начальный дисбаланс ротора с помощью выбранного метода сборки, а остаточный дисбаланс — балансировкой.

11 часов назад
Ольга Иванова

Немецкие ученые изучили Danionella cerebrum — небольшой вид рыб длиной около 12 миллиметров. И выяснили, как эта крошка способна издавать звуки более 140 децибел.

9 часов назад
Андрей

Международная группа геологов выяснила, когда начал отступать антарктический ледник Туэйтса, который называют «ледником Судного дня».

26 февраля
Дарья Губина

В 2022 году зонд DART столкнулся с Диморфом, спутником астероида Дидим. Ученые хотели проверить, можно ли сбить с траектории небольшое, но потенциально опасное для нашей жизни космическое тело. Оказалось, DART не только изменил орбиту маленького объекта, но и полностью его «переворошил».

25 февраля
Руслан Руслан

Компания Neuralink, при помощи которой предприниматель Илон Маск надеется совершить революцию в интерфейсах «мозг-компьютер» (BCI), впервые имплантировала человеку устройство «чтения мыслей». Об этом Маск сообщил в твите, опубликованном 29 января. Однако, некоторые обеспокоены отсутствием прозрачности вокруг имплантата, который должен дать возможность управлять устройствами посредством мысли. Реакции ученых и экспертов на это событие обобщает медиа-редакция Nature, а Naked Science приводит перевод этой статьи.

26 февраля
Юлия Трепалина

Немецкие ученые рассказали о преимуществах новой технологии промышленного производства яблочного сока — с помощью метода спирального пресса с фильтрацией (spiral filter press). Исследователи установили, что он позволяет в четыре раза увеличить содержание в соке полезных для здоровья веществ по сравнению с более традиционным способом отжима.

20 февраля
Полина

В Российской академии наук завершили первый Большой словарь ударений, его издадут к концу года. Лингвисты собрали наиболее современные нормы произношения привычных слов и зафиксировали ударение для лексики, которая появилась в русском языке недавно.

1 февраля
Андрей

Канадские исследователи изучили состав пород, вышедших на поверхность при появлении первых континентов. По итогам анализа выяснилось, что новая земная кора возникла не в результате движения тектонических плит, а из-за процессов в океанических плато молодой Земли.

22 февраля
РНФ

Ученые показали, что экстремальный подъем уровня Каспийского моря на десятки метров, произошедший 18-13 тысяч лет назад и получивший название «Великая Хвалынская трансгрессия», мог быть вызван, вопреки существующим гипотезам, не таянием ледника, а естественными изменениями палеоклимата. Оказалось, что из-за холодного климата того периода обширные территории, с которых собирали воду впадающие в Каспий реки, были покрыты многолетней мерзлотой. В результате массы дождевых и талых вод почти не впитывались в мерзлые грунты и стекали в море, испарение с поверхности которого было небольшим. Все эти факторы привели к повышению уровня Каспия и увеличению площади моря более чем вдвое по сравнению с современным. Полученные данные помогут уточнить представления о масштабе колебаний уровня Каспийского моря при изменении климата.

[miniorange_social_login]

Комментарии

4 Комментария

Affidavit Donda
08.12.2023
-
0
+
Что они там курят?
А уж фотография ракеты-носителя "Союз" в рассказе про прямоточные двигатели и расходы воздуха настолько к месту, что выражения "не пришей кобыле хвост" или "нафига козе баян" кажутся на фоне этой иллюстрации прямо академическими истинами. ПНИПУ реально жжот.)
"В беспилотных, боевых самолетах и крылатых ракетах применяются надежные и простые в конструкции ракетно-прямоточные двигатели." ПНИПУ продолжает отжигать. Назовите, пожалуйста, хоть один боевой самолёт с ракетно-прямоточным двигателем. - ???
Подтвердить?
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: