Читать онлайн «Большая энциклопедия техники». Страница 442

  1) двигатель гораздо экономичнее в сравнении с ракетными двигателями, потому что окислителем служит кислород из окружающего воздушного пространства;

  2) двигатель обладает преимуществом перед турбореактивным двигателем в максимальной высоте подъема и скорости передвижения;

  3) двигатель конструктивно прост и не имеет движущихся элементов.

В настоящее время на стадии испытаний находится модернизированный прямоточный воздушно-реактивный двигатель. Его планируется использовать при достижении гиперзвуковых скоростей. Основным преимуществом гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя в сравнении с обычной модификацией будет являться сверхзвуковая скорость сгорания топлива.

В пульсирующем воздушно-реактивном двигателе топливо и воздух подаются с некоторой периодичностью. Конструктивно он отличается наличием входных клапанов в камере сгорания и длинного сопла цилиндрической формы. Подача рабочей смеси происходит через входные клапаны, после чего происходит поджиг смеси при помощи свечи зажигания, установленной в камере сгорания. Клапан закрывается в результате образования избыточного давления в камере сгорания. Наиболее известным аппаратом, использовавшим в своей конструкции пульсирующий воздушнореактивный двигатель, является немецкая ракета «Фау-1». В современной авиации практически не применяется из-за низкой экономичности по сравнению с газотурбинными двигателями. Используется для силовых установок самолетов-мишеней. Турбореактивный воздушно-реактивный двигатель в своей конструкции имеет компрессор, привод которого идет непосредственно от газовой турбины. Это дает необходимый коэффициент сжатия воздуха независимо от скорости полета, что является явным преимуществом в сравнении с прямоточными двигателями. Преимуществом является большая скорость истечения газов и создания в результате большой силы тяги.

Вспомогательный ракетный двигатель – разновидность ракетных двигателей, используемых для решения каких-либо конкретных задач. Отличается небольшими размерами и маленьким весом, что позволяет добавить полезного груза на борт и сократить длину разбега на взлете.

Вспомогательный ракетный двигатель характеризуется значительно меньшим временем работы и высоким отношением тяги к начальной массе летательного аппарата. В качестве вспомогательных часто применяют твердотопливные ракетные двигатели длительностью работы до нескольких секунд и дающих тягу в несколько десятков килоньютонов, значительно реже применяются жидкостные ракетные двигатели. Основными областями применения считаются самолеты и ракеты, в том числе высотные исследовательские и крылатые ракеты. Если в ракете-носителе ступени соединены по пакетной схеме, то двигатель первых ступеней ракет-носителей часто называют стартовым или вспомогательным ракетным двигателем.

Высокочастотный ракетный двигатель – разновидность электротермического ракетного двигателя.

Газовый ракетный двигатель – ракетный двигатель, который использует в качестве рабочего тела газ. Газ сохраняют под высоким давлением либо могут получать испарением жидких или твердых веществ. Конструктивно может быть предусмотрена возможность подогрева газа за счет электрической энергии или какого-либо другого источника тепловой энергии.

Обычно находит свое применение в качестве двигателей малых тяговых мощностей и используется в системах ориентации, системах управления пространственным положением космического аппарата, где не требуется большая мощность двигательной установки.

Газогенератор (от лат. generator – «производитель») – устройство, в котором при сгорании или разложении топлива либо его компонентов вырабатывается горячий газ, имеющий температуру в пределах 200—900 °C. Газ, в свою очередь, служит рабочим телом для привода турбонасосного агрегата, работы системы управления, наддува топливных баков и пр.

В первых жидкостных ракетных двигателях, созданных в 40—60-х гг. ХХ в., использовались парогазогенераторы, которые вырабатывали смесь из водяного пара и кислорода. Смесь могла быть получена за счет каталитического разложения концентрированного водного раствора перекиси водорода.

В случае необходимости современные газогенераторы могут получать восстановительный или окислительный газ путем сжигания двухкомпонентного ракетного топлива. Часто в газогенераторах происходит совместное использование компонентов основного топлива при значениях коэффициента избытка окислительных элементов отличных от единицы. Конструктивно газогенератор состоит из смесительной головки и корпуса, который может быть неохлаждаемым или снабжаться регенеративным охлаждением. Восстановительные газогенераторы характеризуются меньшей химической агрессивностью и большей работоспособностью, а окислительные позволяют использовать их в жидкостных ракетных двигателях с дожиганием, где они обеспечивают достаточное количество газа для привода турбонасосного агрегата.

Газофазный ядерный ракетный двигатель – ракетный двигатель ядерного типа. В реакторе газофазного двигателя вещество содержится в виде газообразного соединения урана либо высокотемпературной плазмы. Уран необходимо удерживать в активной зоне. Это удержание реализуется при помощи газодинамических или магнитогазодинамических методов. Двигатель находится на стадии теоретических изысканий и моделирования рабочих процессов. Но в теории двигатели такого типа могут характеризоваться удельным импульсом в 2000 с.

Гелиотермический ракетный двигатель – разновидность солнечных ракетных двигателей.

Использование энергии солнечных лучей в работе ракетных двигателей существенно повышает экономичность космических полетов. Ф. А. Цандер в своих работах упоминал о высокой эффективности применения солнечной энергии в ракетных двигателях. Большое внимание было уделено комбинированным установкам, сочетающим в себе принципы движения на основе солнечного паруса и гелиотермического ракетного двигателя. Фирма «Электро-Оптикол» экспериментально показала возможности высокотемпературных солнечных двигательных установок: удельный импульс, достигаемый в экспериментах, составлял около 8 км/с. Эта величина в два раза превышает показатели хороших химических ракетных двигателей при КПД преобразования солнечной энергии в необходимую энтальпию газовой струи в 60%. К сожалению, не имеется экспериментального подтверждения некоторых вопросов, которые могут оказать существенное влияние на выходные характеристики двигательной установки. Например, как изменяются характеристики солнечного ракетного двигателя при невысокой точности ориентации на Солнце. Тем не менее теоретические наработки в области гелиотермических ракетных двигателей позволяют сделать заключение о перспективности дальнейших исследований в этом направлении. По расчетам ряда исследователей, гелиотермические ракетные двигатели возможно применять не только для перевода искусственных спутников Земли с низкой околоземной орбиты на синхронную, но и при межпланетных полетах. Гелиотермический, или солнечный тепловой, ракетный двигатель считается одной из простых моделей среди большого разнообразия ракетных двигателей.

Принцип действия основан на нагреве прямыми солнечными лучами рабочего тела, которое в результате поступает в высокотемпературный теплообменник. Разогрев рабочего тела осуществляется до температуры порядка 2500 °С, в результате чего происходит его вытекание в космическое пространство, создавая реактивную силу.

Внешним параметром, который может оказать очень сильное влияние на работу двигателя, является плотность потока энергии солнечного луча, которая, в свою очередь, зависит от непосредственного положения космического аппарата в пространстве и ориентации концентратора солнечного излучения. Прототип гелиотермического ракетного двигателя прекрасно показал себя во время испытаний на стендах.

Генератор изотопный – устройство, вырабатывающее ток с помощью термоэлектрического преобразователя из тепла, которое выделяется при распаде радиоактивных изотопов. В изотопных генераторах используется топливный блок, который представляет собой объединенные герметические ампулы, изготовленные из тугоплавкого металла, в которые заключен изотоп. За счет теплопроводности или посредством излучения происходит передача теплоты от топливного блока к преобразователям. Чтобы избежать тепловых утечек, используется теплоизоляция, которая заполняет собой пространство между преобразователями. В качестве примера материала, используемого в качестве источника тепла, можно привести плутоний-238, относящийся к веществам, период полураспада которых может составлять десятки лет. Существуют более легкие, но и соответственно более короткоживущие изотопы, например полоний-210, церий-144. Срок службы изотопного генератора напрямую зависит от периода полураспада изотопа и срока эксплуатации преобразователей.