 |
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: 207
Страна: Россия
| Ученые Пермского Политеха с помощью ультразвука удешевили очистку воздуха на 20%, ПНИПУ, 14:46, 30.09.2025, Россия |
49 |
| Ученые Пермского Политеха усовершенствовали технологию создания углеродного поглотителя, который одновременно улавливает из воздуха два этих токсичных газа. Они впервые применили ультразвук для его изготовления, что позволило повысить эффективность процесса получения и качество готового продукта. Его себестоимость при этом снизилась на 20%. |
|
| Ученые Пермского Политеха доказали биоразлагаемость эстеровых моторных масел, ПНИПУ, 23:19, 24.09.2025, Россия |
26 |
| Ученые Пермского Политеха провели эксперимент и выявили скорость разложения эстеровых масел в почве. Это позволило экспериментально доказать, что перспективные компоненты «зеленого» продукта — эфиры жирных кислот — разлагаются природными микроорганизмами всего за 23 дня. Это в 5-10 раз быстрее обычных моторных масел, которые загрязняют окружающую среду на десятилетия. |
|
| Ученые Пермского Политеха развеяли 7 мифов о дислексии, ПНИПУ, 22:51, 24.09.2025, Россия |
25 |
| По данным Международной ассоциации дислексии, около 17–23% населения Земли имеют симптомы этого нарушения. Ученые ПНИПУ объяснили, из-за чего оно возникает, как влияет на интеллект и почему не является заболеванием, как связано с СДВГ и почему не стоит специально упрощать программу обучения для таких детей. |
|
| Эксперт ПНИПУ рассказала, что делать при встрече с дикими животными в лесу, ПНИПУ, 20:52, 21.09.2025, Россия |
364 |
| Осенний сезон пробуждает у многих людей азарт тихой «охоты», но в лесу даже опытный собиратель сам рискует превратиться в «добычу». В сентябре особенно опасно столкнуться с дикими лосями. Ученая Пермского Политеха рассказала, как обезопасить себя и своих близких от непредвиденных встреч с обитателями дикой природы. |
|
| Ученые Пермского Политеха рассказали, какие масла полезны для питания, а какие опасны, ПНИПУ, 20:49, 21.09.2025, Россия |
373 |
| Готовка на подсолнечном масле и употребление изделий, содержащих пальмовое, приводят ко множеству проблем со здоровьем. Ученые ПНИПУ рассказали, как рафинируют масло, в чем польза оливкового для диабетиков, а кокосового – для больных Альцгеймером и зачем употреблять масло грецкого ореха на грудном вскармливании. |
|
|
|
