 |
Ученые Пермского Политеха разработали эффективный состав топлива в виде гранул для ракетных двигателей
Ученые Пермского Политеха подобрали оптимальный состав нового гранулированного топлива, который усовершенствует работу летательного аппарата.
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 данном 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.
Статья опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника», № 74, 2023. 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 2 до 5 маха (2400-6100 км/ч).
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%, 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%) 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 км) 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.
Контактное лицо: Пермский Политех (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 23:09, 07.12.2023
Количество просмотров: 183
Страна: Россия
| Ученые Пермского Политеха выяснили, как уменьшить токсичные выбросы авиационных двигателей, ПНИПУ, 17:00, 19.03.2025, Россия |
128 |
| Газотурбинные двигатели работают от сжигания топлива, которое нужно хорошо смешать с воздухом. В этом помогает подогрев, особенно важный для смесей с меньшим количеством топлива. Но в процессе выделяются токсичные газы. Ученые ПНИПУ выяснили, что, если подогревать топливо перед камерой сгорания двигателя, то выбросы угарного газа снизятся на 24%. |
 |
| Молодой ученый Алтайского ГАУ отмечен грамотой Президента России, ФГБОУ ВО "Алтайский государственный аграрный университет", 12:35, 16.03.2025, Россия |
250 |
| На заседании коллегии управления по молодежной политике и реализации программ общественного развития Алтайского края состоялось награждение организаторов Всемирного фестиваля молодежи 2024 года, среди которых оказался магистрант Алтайского государственного аграрного университета Иван Лопатин |
|
| Ученый Алтайского ГАУ принял участие в индийско-российском форуме в Нью-Дели, ФГБОУ ВО "Алтайский государственный аграрный университет", 12:41, 11.03.2025, Россия |
88 |
| В Университете Дж. Неру в Нью-Дели состоялся индийско-российский научный форум «От Волги до Ганги: стремление великих цивилизаций к сотрудничеству через сохранение традиций, образование, культуру и экономику», участие в котором принял д.филос. н., профессор, директор Центра гуманитарного образования Алтайского государственного аграрного университета Андрей Иванов |
|
|
|
