Avtosfera76.ru

Авто Сфера №76
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое прямоточный ракетный двигатель

Враг и «Гремлин»: новую гиперзвуковую ракету испытают в 2023 году

Гиперзвуковая авиационная ракета под кодовым обозначением «Гремлин» взлетит через два года: испытания намечены на 2023-й. В некоторых документах изделие называется ГЗУР — гиперзвуковая управляемая ракета. По своим габаритам «Гремлин» будет меньше, чем ранее принятая на вооружение Х-47М2 «Кинжал». Благодаря небольшим размерам ГЗУР можно будет применять не только с борта тяжелых бомбардировщиков и перехватчиков МиГ-31. Ее носителями могут стать дальний сверхзвуковой ракетоносец Ту-22М, а также истребители Су-57, Су-30СМ и Су-35. Фактически российские ВВС получат супероружие. Ведь, как считают эксперты, отразить удар такого комплекса современными средствами ПВО практически невозможно.

Турбореактивный. Атомный

Сегодня подобные проекты кажутся невероятными, а в начале 1950-х задача была не сложнее, чем размещение реакторов на подводных лодках: и то и другое давало практически неограниченный радиус действия. Самолеты было поручено конструировать КБ Туполева и Мясищева, а «специальные двигатели» – КБ Архипа Люльки.

Турбореактивный двигатель с атомным реактором (ТРДА) по конструкции очень сильно напоминает обычный турбореактивный двигатель (ТРД). Только если в ТРД тяга создается расширяющимися при сгорании керосина горячими газами, то в ТРДА воздух нагревается, проходя через реактор. Активная зона авиационного атомного реактора на тепловых нейтронах набиралась из керамических тепловыделяющих элементов, в которых имелись продольные шестигранные каналы для прохода нагреваемого воздуха. Расчетная тяга разрабатываемого двигателя должна была составить 22,5 т. Рассматривалось два варианта компоновки ТРДА – «коромысло», при котором вал компрессора располагался вне реактора, и «соосный», где вал проходил по оси реактора. В первом случае вал работал в щадящем режиме, во втором требовались специальные высокопрочные материалы. Но соосный вариант обеспечивал меньшие размеры двигателя. Поэтому одновременно прорабатывались варианты с обеими двигательными установками.

Главным недостатком таких двигателей так называемой открытой схемы, когда атмосферный воздух проходил напрямую через реактор, было сильное радиационное заражение отработанного воздуха, что, например, исключало возможность применения обычной кабины экипажа. Он должен был располагаться в герметичной многослойной 60-тонной (!) свинцовой капсуле и управлять машиной посредством телевизионных и радиолокационных экранов. Расчетная масса такого самолета должна была превысить 250 т. Появилась логичная идея сделать бомбардировщик в беспилотном варианте – в виде своеобразной гигантской крылатой ракеты. Однако в ВВС не поддержали проект: в 1950-х годах автоматические системы управления не могли обеспечить маневренность для преодоления системы ПВО США.

Запуск на скорости

Над созданием таких ядерных установок в СССР и США работали еще с 50-х годов прошлого века.

Принцип действия ядерных двигателей ракет объяснить довольно просто — они похожи на прямоточные реактивные двигатели. Внутрь двигателя такого типа на очень большой скорости поступает воздух, он сжимается за счет конструкции внутреннего воздушного канала, затем попадает в камеру сгорания, где воспламеняется при помощи впрыскивания топлива. Далее воздушно-топливная смесь, сгорая, устремляется на огромной скорости наружу через сопло и разгоняет аппарат еще сильнее.

В ядерной установке отличие заключается в том, что впрыск топлива и его воспламенение заменяется на нагрев воздуха в реакторе. Именно по этому принципу действовала ракета, которую в США создавали в рамках проекта SLAM (Supersonic Low-Altitude Missile — сверхзвуковая низковысотная ракета).

В Британии фирма Avro также проектировала аналогичную ракету, однако британцы остановились, не дойдя до испытаний ядерного двигателя. В США проект свернули, уже проверив работу прототипа двигателя на земле.

Читать еще:  Что представляют собой гибридные двигатели

В СССР также работали над реактивными двигателями, был создан и испытан ядерный РД-0410 (это был не прямоточный двигатель, в нем рабочим телом был водород, поступавший из бака и разгонявшийся в реакторе).

В любом случае для крылатой ракеты, о которой говорил Путин, нужен прямоточный двигатель с ядерной установкой. Как и любой прямоточный двигатель, он может запуститься на скорости, превышающей звуковую, то есть его необходимо сначала разогнать.

Главная энергетическая установка ВМС США

Начиная с 70-годов XX века, в мире проявилась четкая тенденция по переходу энергетики на природный газ, как основной вид топлива, и газотурбинные установки (ГТУ) в качестве ведущих силовых агрегатов для привода электрогенераторов. Развитыми странами мира выделяется существенное финансирование на работы по повышению эффективности и топливной экономичности газотурбинных установок.

Уже эксплуатируются большие ГТУ мощностью свыше 400 МВт. Температура рабочих газов современных ГТУ на входе в турбину перешла за отметку 1500 °С, что на 150/200 °С выше, чем на установках предыдущего поколения.

Нынешний период характеризуется активными работами по созданию ГТУ третьего поколения, представляющих собой компактные и одновременно мощные силовые установки для морской техники гражданского и военного назначения.

Второе поколение

Корабельные ГТД второго поколения разрабатывались на основе авиационных турбореактивных двигателей с учетом использования в морских условиях. Они имеют малый удельный расход топлива, повышенную коррозионную стойкость, меньшие, чем у ГТД первого поколения, вес и габариты, больший срок службы и повышенную надёжность. КПД этих двигателей был увеличен за счёт повышения рабочего давления, температуры цикла, а также применения эффективного охлаждения лопаток турбины.

Наиболее напряженные узлы и детали таких двигателей изготавливаются из высокопрочных коррозионно-стойких сплавов. Ротор и статор компрессора выполняются из титановых или никелевых, а компоненты турбины и камеры сгорания – из кобальтовых или никелевых сплавов. Все детали ГТД, работающие при высокой температуре (камера сгорания, лопатки турбины высокого давления, направляющие и активные лопатки первой и второй ступеней турбины низкого давления), имеют алюминизированные или хромированные пленочные покрытия, которые являются достаточно надежной защитой от высокотемпературной коррозии.

ГТД второго поколения могут работать на авиационном керосине, дизельном и дистиллятном топливах и даже природном газе. В отличие от ГТД первого поколения они выделяют незначительное количество дыма, что достигнуто благодаря применению совершенной конструкции топливных форсунок и полному его перемешиванию с воздухом в аксиальных вихревых камерах сгорания.

Американской компании «General Electric» с середины 60-х годов прошлого века удалось создать широкий типовой ряд энергетических газотурбинных установок разной мощности. Эти двигатели широко использовались на различных типах гражданских самолётов в США. Позднее их применили для создания промышленных ГТУ и судовых двигателей.

LM-2500

Эксперты считают лучшим морским ГТД второго поколения американский двигатель LM-2500 фирмы «General Electric».

Он создан на базе авиационного турбореактивного двухконтурного двигателя TF39 и является развитием серии CF6-6 той же фирмы.

ГТД представляет собой двухвальный двигатель простого цикла, в состав которого входят 16-ступенчатый компрессор, быстросъемная кольцевая камера сгорания малого диаметра, двухступенчатая турбина высокого давления и шестиступенчатая свободная силовая турбина. При нормальных эксплуатационных условиях (температура окружающего воздуха 15 °С, давление 1,03 кг/кв. см.) и теплотворной способности топлива 10 270 ккал/кг двигатель имеет максимальную длительную мощность 24 700 л. с. при 3 400 об/мин. Удельный расход топлива на этой мощности 181,9 г/л. с. ч и расход воздуха 59–65 кг/с. Длина двигателя составляет 6,25 м, вес около 3,8 т. Компрессор выполнен однороторным со степенью сжатия 17:1.

Читать еще:  Что такое лазерный ракетный двигатель

По сравнению с корабельными ГТД других типов, температура газа в двигателе LM-2500 значительно повышена, однако, благодаря эффективному охлаждению, температура его стенок оказалась ненамного выше, чем у ГТД первого поколения. Особое внимание при этом уделяется обеспечению контроля за потоком охлаждающего воздуха, уменьшению его потерь, а также контролю за радиальным зазором.

Силовая турбина представляет собой прямоточную шестиступенчатую конструкцию с небольшими окружными скоростями. Силовой вал ГТД снабжён с обеих сторон эластичными дисковыми муфтами сцепления, выравнивающими несогласованные крутящие моменты. Считается, что дисковые муфты наиболее полно удовлетворяют требованиям корабельных ГТД, так как не требуют смазки, не имеют трущихся поверхностей и обладают высокой коррозионной стойкостью. Подшипники ГТД смазываются с помощью масляных насосов синтетическим маслом.

Компрессор и корпус силовой турбины для удобства обслуживания и ремонта выполнены разъёмными, что позволяет заменять лопатки без демонтажа двигателя в целом. Кроме того, имеются смотровые отверстия для наблюдения за состоянием наиболее важных частей, а вся топливная система смонтирована снаружи двигателя.

В период стендовых испытаний ГТД LM-2500 время его безаварийной работы значительно превысило моторесурс двигателей первого поколения.

В ходе пробной эксплуатации на судне «Адмирал Коллагэн» в 1972 году этот двигатель отработал более 15 тыс. часов, из них 5 тыс. часов он работал в диапазоне мощностей 19–21 тыс. л. с. Еще одной особенностью этого ГТД является то, что, легко удалив из корабля на береговой ремонт, его можно заново установить в течение 72 часов. Развитый глобальный фирменный сервис позволяет укладываться с указанное время, что дает компании «General Electric» серьезное конкурентное преимущество перед другими производителями ГТД.

Захватив лидерство на мировом энергетическом рынке, «General Electric» последние 30 лет производит около 70 % всех выпускаемых в мире ГТУ.

В настоящее время компания выпускает судовые установки мощностью трех типов:

серия LM-2500 – мощностью от 22,4 до 33,4 МВт,
серия LM-6000 – мощностью от 42,4 до 47,5 МВт,
серия LMS-100 – мощностью 110 МВт.

По состоянию на конец 2018 года изготовлено порядка 2 100 судовых двигателей серии LM-2500 различных модификаций, среди которых выделяют:

• General Electric LM-2500 мощность 22,4 МВт,
• General Electric LM-2500+ мощность 31,1 МВт,
• General Electric LM-2500+G4 мощность 33,4 МВт.

Корабельный газотурбинный двигатель LM-2500 является самым массовым и надежным и используется на боевых кораблях от фрегата до авианосца. Подавляющее большинство кораблей действующего состава ВМС США оснащены этим двигателем. ГЭУ LM-2500 компании General Electric применяются на более 400 кораблях ВМС 33 стран мира с 1972 года. Более 1000 судовых двигателей LM-2500 в мире эксплуатируются ежедневно. С 1998 года ГТУ LM-2500+ применяется для оснащения коммерческих морских судов.

Типы военных кораблей и судов с ГЭУ GE LM-2500 и его модификаций

Корабли ВМС и Береговая охрана США:

• Океанский патрульный корабль класса «Легенда» (США) – в составе БОХР США,
• Фрегаты типа «Оливер Хазард Перри» (США) – списаны,
• Эскадренные миноносцы типа «Спрюэнс» (США) – списаны,
• Эскадренные миноносцы типа «Кидд» (США) – списаны,
• Эскадренные миноносцы УРО типа «Арли Бёрк» (США) – в составе ВМС,
• Ракетные крейсера типа «Тикондерога» (США) – в составе ВМС,
• УДК типа «Америка» (США) – в составе ВМС.

Читать еще:  Что такое клапоны на двигателе

Корабли и суда других стран:

• Корветы типа «Нильс Юэль» (Дания),
• Корветы типа «Пхохан» (Южная Корея),
• Корветы типа «Саар 5» (Израиль),
• Фрегаты типа «Галифакс» (Канада),
• Фрегаты типа «Гидра» (Греция),
• Фрегаты MEKO тип «200» (Австралия и Новая Зеландия, ФРГ, Турция, Греция, Португалия, Аргентина, Малайзия, ЮАР, Алжир),
• Фрегаты серии F-122 «Брандербург» (ФРГ),
• Фрегаты серии F-123 типа «Бремен» (ФРГ),
• Фрегаты серии F-124» типа «Саксония» (ФРГ),
• Фрегаты типа «Ченг Кунг» (Тайвань),
• Фрегаты типа УРО типа «Горизонт» (Франция, Италия),
• Фрегаты типа FREMM (Франция, Италия, Марокко, Египет),
• Фрегаты типа «Альваро де Базан» (Испания),
• Фрегаты типа «Санта Мария» (Испания),
• Эскадренные миноносцы УРО типа «Асахи» (Япония),
• Эскадренные миноносцы УРО типа «Акидзуки» (Япония),
• Эскадренные миноносцы УРО типа «Таканами» (Япония),
• Эскадренные миноносцы УРО типа «Мурасамэ» (Япония),
• Эскадренные миноносцы УРО типа «Конго» (Япония),
• Эскадренные миноносцы УРО типа «Атаго» (Япония),
• Эскадренные миноносцы УРО типа KDX-I и КВЧ-II (Южная Корея),
• Эскадренные миноносцы УРО типа «Король Седжон» (Южная Корея)
• Эскадренные миноносцы типа «Луиджи Дуранд де ла Пенне» (Италия),
• Эскадренные миноносцы типа 052 (Китай),
• Эскадренные миноносцы-вертолетоносцы типа «Идзумо» (Япония),
• Эскадренные миноносцы-вертолетоносцы типа «Хюго» (Япония),
• УДК типа «Хуан Карлос» (Испания),
• УДК типа «Канберра» (Австралия),
• Авианосец «Кавур» (Италия),
• Авианосец «Принсипе де Астуриас» (Испания).

Круизные лайнеры типа «Queen Mary 2»

Пожелания о будущем ВМФ России

Вопрос унификации главных энергетических установок военных кораблей и судов стоит и перед российским ВМФ.

Такого разнообразия в морских двигателях, как у нас, нет ни на одном военно-морском флоте мира, входящем в первую десятку крупнейших морских держав.

Перспективные планы по строительству новых кораблей должны быть нацелены на максимальную унификацию большинства проектов на основе единой ГТД и дизельных двигателей.

Разработка современного отечественного авиационного двигателя ПД-14 и его более мощных модификаций – ПД-18 и ПД-35 открывает возможности по созданию на их базе морских версий ГТД нового поколения.

По данным СМИ, начаты работы по созданию на основе двигателей серии ПД газотурбинных установок для газоперекачивающих станций (ГТУ ГПС). Имеет смысл вместе с испытаниями авиационных двигателей и ГТУ ГПС уже сейчас начать разработку морских ГТД нового поколения.

Также руководству ВМФ России необходимо перед проектировщиками ставить задачу по включению указанных ГТД во все новые проекты кораблей и судов, где это экономически оправдано и целесообразно.

Широкая линейка унифицированных авиационных двигателей, газовых установок и морских ГТД даст существенную экономию при их эксплуатации и ремонте. Совместные центры ремонта и обслуживания позволят оперативно решать вопросы сервисного обслуживания внутри России.

Ведь везде, где есть российские военно-морские базы флота, рядом находится гражданский или военный аэродром, позволяющий обеспечить срочную доставку запчастей и новых подменных двигателей. А поставки кораблей и судов наших проектов по линии военно-технического сотрудничества помогут сформировать сервисную сеть за рубежом.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector