Ecoparcovka.ru

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

Водород как топливо для ракетных двигателей

Как это работает. Ракетный двигатель

Фото: Объединенная двигателестроительная корпорация

Полеты в космос, одно из самых вдохновляющих достижений человечества, невозможны без ракетного двигателя. С одной стороны, принцип его работы максимально прост, а с другой – всего несколько стран могут похвастаться ракетными двигателями собственного производства.

С момента старта Гагарина и по сей день все российские космонавты поднимаются с поверхности Земли двигателями РД-107/108. Серийное производство этих исключительно надежных двигателей продолжается на самарском предприятии Ростеха «ОДК-Кузнецов». Рассказываем о том, как устроен и работает космический двигатель-долгожитель РД-107/108.

Рожденный «Холодом»

Прошедший в 2019 году авиасалон МАКС, помимо презентации целого ряда новинок отечественного военного и гражданского авиастроения, предоставил отличную возможность в прямом смысле прикоснуться к прошлому отечественной авиации. На статической стоянке аэродрома Жуковский была организована историческая экспозиция легендарных советских реактивных самолетов. Одно из центральных мест там занял Ту-155 – экспериментальный самолет с двигателем на криогенном топливе.

«Криогенный» переводится как «рожденный холодом». Речь идет о топливе, охлажденном до очень низких температур, когда газ переходит в жидкое состояние. Первым газом, с которым стали работать создатели Ту-155, стал водород. После самолет успел полетать и на сжиженном природном газе (СПГ).


Самолет Ту-155 на МАКС-2019

Научные работы по конструированию Ту-155 начались еще в 1970-е годы. Тогда в мировой энергетике назревал кризис – газовое топливо стало цениться дороже, чем нефтяное. Потребление нефти продолжало снижаться. Кстати, по подсчетам геологов, потенциальные запасы газа на планете в десятки раз превосходят запасы угля и нефти. При этом наша страна занимает первое место в мире по разведанным запасам природного газа.

В 1970-е годы советская Академия наук разработала программу НИОКР по внедрению водородной энергетики в народное хозяйство. В авиапроме эта программа получила соответствующее название – «Холод». Предусматривалось создание авиационных двигательных установок на криогенном топливе. Кроме экологической составляющей, был и другой пункт в пользу чистого топлива – развитие гиперзвуковых и авиационно-космических систем. В те годы вовсю шла работа над созданием «Бурана», а топливом одной из ступеней ракеты-носителя космического челнока были жидкие кислород и водород.

В середине 1980-х годов специалисты ОКБ А.Н. Туполева приступили к созданию самолета – летающей лаборатории, работающего на криогенном топливе. Базой для экспериментального лайнера стал пассажирский Ту-154.

В качестве авиационного топлива был использован жидкий водород – почти идеальное экологически чистое топливо выделяет при сгорании в основном воду и незначительное количество окислов азота. По теплотворной способности водород втрое превосходит традиционный авиационный керосин. Но в то же время водород взрывоопасен, хранить и транспортировать его можно только в жидком состоянии при очень низких температурах, близких к абсолютному нулю (–273 °С). И это представляет собой серьезную проблему.

«При проектировании летающей лаборатории пришлось существенно изменить компоновку Ту-154 и решить целый ряд сложнейших технических задач. В хвостовой части фюзеляжа, где располагался пассажирский салон, был оборудован герметичный отсек, и в нем установлен криогенный бак на 20 куб. метров жидкого водорода с экранно-вакуумной теплоизоляцией, которая долгое время сохраняет в баке температуру ниже минус 253 градусов по Цельсию», – рассказывает заместитель генерального директора ПАО «Туполев» по проектированию, НИР и ОКР Валерий Солозобов, принимавший непосредственное участие в создании Ту-155.


Экспериментальный турбореактивный двухконтурный двигатель НК-88 на Ту-155. Фото: Андрей Сдатчиков / Airwar.ru

Правый двигатель самолета заменили модифицированным двигателем НК-88, работающим на жидководородном топливе. Для его подачи вместо привычного насоса установили высоконапорный турбонасосный агрегат, наподобие тех, что используются в ракетных двигателях. Для обеспечения надежной взрыво- и пожаробезопасности самолета, из отсека с криогенным баком убрали почти всю электропроводку – источник возможного образования искры. Спроектировали и смонтировали дренажную систему, которая отводит из бака пары водорода на безопасное расстояние от двигателей и источников электричества. Всего было сконструировано более 30 дополнительных бортовых систем.

Читать еще:  Что такое шаговый двигатель в машине

15 апреля 1988 года экипаж летчика-испытателя Владимира Севанькаева поднял в небо экспериментальный самолет Ту-155 с тремя двигателями, один из которых работал на жидком водороде. Это считается первым в мире полетом на криогенном топливе.

Аэрокосмический факультет создает ракетные двигатели и готовит инженеров для Роскосмоса

2021 год объявлен в России годом науки и технологий. Тема нового месяца – «Освоение космоса», большой цикл мероприятий будет посвящен празднованию 60-летия полета Юрия Гагарина. Тематические мероприятия проходят не только на федеральном, но и на региональном уровне. Культурные, научные и образовательные учреждения рассказывают о том, какую роль играли и играют российские ученые, инженеры и космонавты в освоении космоса. ЮУрГУ является одним из ведущих вузов, где проходят подготовку будущие инженеры, ракетостроители и космонавты.

Богатая история и прекрасное будущее

Аэрокосмический факультет – один из старейших факультетов Южно-Уральского государственного университета, он работает с пятидесятых годов прошлого века. За это время тысячи специалистов покинули стены родного вуза и трудились на благо своей страны на космических, оборонных и промышленных предприятиях. Факультет создавался прежде всего для комплектования специалистами ракетчиками Государственного Ракетного Центра им. академика В.П. Макеева, Златоустовского машзавода и еще ряда предприятий Свердловской и Челябинской областей.

В настоящее время факультет выпускает специалистов по проектированию, производству и эксплуатация ракетно-космических комплексов, проектированию авиационных и ракетных двигателей, производству и испытаниям боеприпасов и взрывателей. Бакалавры обучаются по направлениям Ракетные комплексы и космонавтика, Прикладная механика. Работает Магистратура по Ракетным комплексам и космонавтике, по Прикладной механике. Аспирантура готовит кадры высшей квалификации по направлению Авиационная и ракетно-космическая техника

Выпускники факультета востребованы не только на предприятиях Челябинской и Свердловской области, но и в Подмосковье, на Дальнем Востоке, они работают на космодроме «Восточный», в Калининграде в конструкторском бюро «Факел», которое занимается электроракетными двигателями для космических систем, на предприятиях Подмосковья, Самары. Выпускники Аэрокосмического факультета – это будущее космонавтики. Дмитрий Петелин, российский космонавт-испытатель отряда космонавтов госкорпорации «Роскосмос», в настоящее время входит в отряд космонавтов и готовится к полету на МКС.

«Надо отметить, что основной уклон в подготовке специалистов еще 5 лет назад был в сторону оборонной промышленности. В последние годы у нас есть интересные гражданские задачи, например, нам предложили работать над очень перспективным проектом по созданию многоразовой одноступенчатой ракеты-носителя. Идея принадлежит и разрабатывается Государственным ракетным центром. Проект развивается в рамках УМНОЦ «Передовые производственные технологии и материалы» при поддержке губернатора Челябинской области, который выделил 70 миллионов рублей на исследования, разработку, производство и испытания ряда макетов и демонстраторов ключевых технологий, на базе которых будет проектироваться комплекс «Корона». Это не только ракета-носитель, но и наземная инфраструктура, навигация, наполнение – огромный пласт работ, и мы только в начале пути», – говорит декан Аэрокосмического факультета, кандидат технических наук Виктор Федоров.

Новейшие проекты и подготовка специалистов

Преподаватели и сотрудники факультета активно участвуют в научных исследованиях и конструкторских разработках. Самым важным проектом сейчас является проект по созданию жидкостного ракетного двигателя малой тяги, на базе которого будет собран демонстратор двигателя с центральным телом. Технология является ключевой для многоразовых ракет-носителей.

Второе направление исследований – возможность создания баков для криогенных компонентов топлива из композиционных материалов, прежде всего, из углепластиков. Криогенный водород имеет температуру -257 градусов по Цельсию, при такой температуре пластики становятся хрупкими и плохо работают. Эту проблему и решают ученые.

Многие специалисты, окончившие Аэрокосмический факультет, поучаствовали в создании объектов для российской космической программы. В частности, Василий Салич, заместитель главного конструктора НИИМаш в Нижней Салде, участвовал в разработке, создании и испытаниях двигателей малой тяги для всей космической системы, для корабля «Союз» и различных спутниковых платформ.

«Одним из направлений, над которым уже в течение двух лет работает Аэрокосмический факультет, является обеспечение астероидной защиты Земли – астероидная безопасность. В рамках данного направления планируется создание посадочного модуля для мягкой посадки на поверхность астероида. Задача является комплексной, над ней работают студенты факультета и других институтов. Они выполнили этап технического предложения, эскизного проекта и технического проекта», — говорит кандидат технических наук, доцент Руслан Пешков.

Планируется создать элементы конструкции, в частности, раму посадочного модуля, чтобы провести серию испытаний. Документы на оформление патента на изобретение были поданы в прошлом году. Следующим шагом после получения патента будет работа с предприятиями и индустриальными партнерами университета.

Читать еще:  Шаговый двигатель регулятора холостого хода ваз 2112

Образование на факультете организовано в лучших традициях отечественной высшей школы и сочетает фундаментальную общенаучную и общеинженерную подготовку с большим объемом лабораторных и конструкторских работ. Технической базой факультета вместе с лабораториями, вычислительными классами и библиотекой является учебный центр ракетно-космической техники им. академика В.П. Макеева, в котором собрана уникальная коллекция образцов ракетно-космический техники. На факультете сформировался высококвалифицированный научно-педагогический коллектив, включающий 15 докторов наук, 41 кандидата наук. Предоставляются 110 бюджетных мест в 2021 году.

Студенты имеют возможность прохождения производственных практик на предприятиях Роскосмоса, что обеспечивает практико-ориентированную подготовку, а современное материально-техническое оснащение лабораторий факультета позволяют проводить научные исследования на высоком уровне.

Южно-Уральский государственный университет (ЮУрГУ) – это университет цифровых трансформаций, где ведутся инновационные исследования по большинству приоритетных направлений развития науки и техники. В соответствии со стратегией научно-технологического развития РФ университет сфокусирован на развитии крупных научных междисциплинарных проектов в области цифровой индустрии, материаловедения и экологии. В Год науки и технологий ЮУрГУ примет участие в конкурсе по программе «Приоритет–2030». Вуз выполняет функции регионального проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (УМНОЦ).

Важность металлического водорода и его применение

Ученые бьются над получением металлического водорода по одной причине – из-за предположения о его сверхпроводящих свойствах.

Сегодня электричество, проходя по проводам, теряет энергию в основном в виде тепла за счет сопротивления материала. Именно поэтому так сложно передавать электричество на большие расстояния. Но ток, проходящий через сверхпроводящий материал, практически не теряет энергию.

В отличие от других известных сверхпроводников, которые должны охлаждаться до очень низких температур, предполагается, что металлический водород может быть сверхпроводником при комнатной температуре.

Именно в этом главная цель ученых – найти сверхпроводник, который не требует ни охлаждения, ни высокого давления. Если такие материалы будут открыты, они могут использоваться в электронике и сэкономить огромное количество энергии и денег.

Водород в металлической форме может стать двигателем и других открытий в науке. Так, например, топливо на основе металлического водорода – заветная мечта многих физиков и астрофизиков. Сегодня около 80% мировой энергетики все еще работает на углеводородном топливе. Сжигание угля, нефти и газа при низком КПД негативно влияет на окружающую среду. К тому же, запасы этих ископаемых ограничены.

Использование металлического водорода в качестве альтернативного топлива может быть в разы эффективнее и экологичнее. Ко всему прочему, в природе водорода очень много. Такое топливо для космических ракет, например, сможет создавать колоссальную тягу и выводить на орбиту более тяжелые грузы.

Зеленый керосин

Еще одно направление развития авиатопливного рынка совпадает с вектором движения рынка автомобильного — это снижение уровня вредных выбросов в атмосферу. Главная технология здесь — создание более чистого топлива, в первую очередь за счет разработки и использования биокомпонентов.

Читать еще:  Все о двигатель 1mz какой расход

На сегодня процедуру сертификации прошли несколько технологий производства авиационного биотоплива. Биокеросин производят из биомассы с помощью процесса Фишера — Тропша*, из растительного масла, создают горючее для самолетов и на основе этилового спирта. Биокомпоненты в разных пропорциях (максимум 50×50) смешиваются с обычным авиакеросином, что позволяет сократить объем выбросов углекислого газа в атмосферу почти на 50 %. При этом конечный продукт по химическому составу эквивалентен традиционному авиатопливу, и его применение не влияет на эксплуатационные характеристики самолетов.

Одним из первых коммерческие заправки биотопливом начал аэропорт норвежского Осло, а пионером в использовании экологичного керосина стала немецкая Lufthansa. Использование биотоплива одобрено Федеральной авиационной администрацией США (FAA), им уже заправляют свои самолеты в США несколько десятков авиакомпаний.

Но у развития этого направления есть одно но — производство биотоплива пока слишком дорого, поэтому сегодня, во времена низких цен на нефть, оно не может на равных конкурировать с обычным «Джетом», а тем более с ТС-1.

Полезные дополнения

Авиакеросин, как правило, не используется в чистом виде. Для улучшения его характеристик используются различные присадки. Основные из них:

Противодокристаллизационная (ПВК-жидкость): наиболее известная присадка этого типа — жидкость «И-М». При полете на большой высоте топливо охлаждается до очень низких температур (от −30°С до −45°С). В таких условиях вода, содержащаяся в топливе, кристаллизуется, частицы льда могут забить фильтры, и двигатель остановится. Присадки эффективно решают эту проблему.

Антистатическая: увеличивает электропроводность топлива, снижая при этом активность накопления статического электричества в топливной системе и, соответственно, риск возникновения пожара.

Антиокислительная: борется с окислением топлива и отложением смолистых образований в топливной системе и двигателе.

Противоизносная: увеличивает срок эксплуатации механизмов топливной системы.

* Процесс Фишера — Тропша — химическая реакция, происходящая в присутствии катализатора, в которой монооксид углерода (CO) и водород H2 преобразуются в различные жидкие углеводороды. Обычно используются катализаторы, содержащие железо и кобальт. Принципиальное значение этого процесса — производство синтетических углеводородов

Не стоит отворачиваться от инноваций – для водорода это не конец

Автомобили на водороде в настоящее время занимают нишу рынка, но они могут взорваться в любой момент – как только будут разработаны более эффективные методы борьбы с этим элементом. Если опасения крупных автомобильных компаний и предприятий электроэнергетической инфраструктуры подтвердятся, то, возможно, нам придется обратиться к водороду как альтернативному топливу электричеству. Однако, независимо от характера рынка электромобилей, стоит полагаться на современные решения. В современных аккумуляторах используются пенополипропиленовые элементы EPP, которые обеспечивают эффективную и легкую теплоизоляцию. Они обеспечивают дополнительную защиту от ударов и повреждений. Одной из компаний, которая предоставляет это чрезвычайно эффективное решение, является Knauf Automotive. Мы также предлагаем другие высокотехнологичные инновации для поддержки электромобильности в автомобилях будущего.

Инновации в автомобильной отрасли – какие технологии моторизации имеют будущее?

27 августа 2021

Производство пластмасс и автомобильная промышленность: общая история

Производственные затраты — Как оптимизировать их в автомобильной промышленности? Идеи по снижению затрат в цепи поставок

Эргономичный автомобиль — как меняются концепции интерьеров автомобилей?

Новые тенденции в производстве автомобильных сидений

Инновации в автомобильной отрасли – какие технологии моторизации имеют будущее?

27 августа 2021

Зеленый, надежный транспорт – что вам нужно знать об этом?

DFM – Дизайн для производства в автомобильной промышленности. Преимущества, добавленная стоимость и затраты

Защита двигателя от брызг – защита днища и улучшение управляемости

Анализ экономической эффективности и технико-экономическое обоснование в автомобильном секторе

XCEED – blockchain in the automotive industry

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector