Что такое прямоточный реактивный двигатель - Авто Сфера №76
Avtosfera76.ru

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

Что такое прямоточный реактивный двигатель

Прямоточный воздушно-реактивный двигатель

Прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД, англоязычный термин — Ramjet) — реактивный двигатель, является самым простым в классе воздушно-реактивных двигателей (ВРД) по устройству. Относится к типу ВРД прямой реакции, в которых тяга создается исключительно за счёт реактивной струи истекающей из сопла. Необходимое для работы двигателя повышение давления достигается за счёт торможения встречного потока воздуха. ПВРД неработоспособен при низких скоростях полёта, тем более — при нулевой скорости, для выхода его на рабочую мощность необходим тот или иной ускоритель.

Фантазия о специализированных ступенях

Современные ракеты-носители рождены для космоса. Земная атмосфера им только мешает. Она требует ставить тяжелые обтекатели на полезную нагрузку, добавлять топливо на преодоление сопротивления воздуха и парирование порывов ветра. Но земная атмосфера не обязательно должна быть помехой. Крылья могут опираться на воздух, создавая подъемную силу, а кислород для двигателей можно получать вместе с воздухом, а не везти его с собой в тяжёлых баках. Что если пофантазировать и создать концепт для выведения полезных грузов на орбиту, используя специализированные ступени?

Исток проблемы

Удельный импульс — это количество секунд, на которое хватит одного килограмма топлива для создания двигателем тяги в 1 Ньютон. Удельный импульс измеряется в секундах или метрах в секунду.

Посмотрим диаграмму значений удельного импульса для разных типов двигателей и разных скоростей полёта:

На дозвуковых скоростях энергию топлива лучше направить в работу турбин или винтов, чем сжигать для создания реактивной тяги. Поэтому сейчас на гражданских самолётах стоят турбореактивные двигатели с высокой степенью двухконтурности и винтовентиляторные двигатели. Максимальное значение удельного импульса делает такие двигатели экономичными, но на них принципиально не получится разогнаться до больших скоростей.
В более широком диапазоне работают турбореактивные двигатели. На них можно стартовать с аэродрома и разогнаться до 2-3 М. Но за это придётся заплатить уменьшением удельного импульса, поэтому такие двигатели сейчас ставятся в основном на военные аппараты, которым не так важна топливная экономичность.
ПВРД — это прямоточный воздушно-реактивный двигатель. ПВРД очень просто устроен и позволяет летать на сверхзвуковых скоростях. Одна беда — нуждается в разгонной ступени или носителе, потому что не работает при дозвуковых скоростях. ПВРД из-за своей простоты широко используется в боевых ракетах.
ГПВРД — это гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель. ГПВРД отличается от ПВРД тем, что в камеру сгорания воздух попадает со сверхзвуковой скоростью. Он просто устроен на картинке, но за этой простотой стоят очень сложные расчёты. ГПВРД испытываются в разных странах последние лет двадцать, но серийных аппаратов с ними пока не делали.
Ну и, наконец, ракетные двигатели на этой диаграмме показывают свою независимость от атмосферы и скорости движения.

Искушение универсальностью

А можно ли сделать универсальный аппарат, который бы смог летать в диапазоне 0-10 М? Самым близким к такому диапазону был SR-71 Blackbird, и он очень наглядно показывает сложность задачи. Для диапазона «всего лишь» 0-3,2 М понадобилось делать гибрид турбореактивного и прямоточного двигателей и создавать новое топливо. Посмотрите схему работы двигателя или видео:

Наш несовершенный мир устроен так, что универсальное устройство будет дороже, сложнее, менее надежным или функционально хуже специализированных, если совмещаемые в устройстве функции не будут родственными. Легко добавить будильник в мобильный телефон — там уже есть часы, экран, клавиатура, батарея и динамик. Но создать гибрид самолёта и автомобиля, или двигатель, способный работать на стоянке, сверхзвуке и гиперзвуке гораздо сложнее.

Читать еще:  Что такое инжекторный двигатель автомобиля

Постановка задачи

Каких показателей мы хотим добиться, и что будет нас ограничивать?

  • Полезная нагрузка предполагается в районе 10 тонн. Почему такая цифра? Этого хватит для того, чтобы вывести тяжелый спутник на околоземную орбиту или отправить стандартный спутник на геопереходную орбиту. Слишком маленькая полезная нагрузка очень облегчит нам задачу, но в этом случае возникнет вопрос осмысленности всей системы. Слишком большая полезная нагрузка потребует циклопических и космически дорогих конструкций.
  • Технические решения выбираются с максимальным уровнем технической готовности, в идеале, имеющие историю серийного производства. Во-первых, это гарантирует принципиальную реализуемость решения. Во-вторых, освоенные технологии должны быть дешевле.
  • При выборе технических решений также будем избегать гигантизма. Конструкции планетарного масштаба, самолёты-носители с десятками двигателей — всё это может красиво выглядеть, но нереализуемо в ближайшие десятилетия.

При создании нашего концепта будем двигаться «сверху вниз», это должно облегчить процесс принятия решений.

Верхняя ступень

30 км, т.е. 1500 м/с. Примерный расчёт даёт начальную массу в районе 60-80 тонн в зависимости от массы пустой верхней ступени.

Вторая ступень

Вторая ступень выполняет функцию разгона полезной нагрузки в атмосфере. Для этого ей пригодятся небольшие крылья — они будут создавать подъёмную силу. Но какой двигатель поставить на этот аппарат? Вариант с ракетным двигателем отметаем — он не использует кислород из атмосферы и поэтому имеет слишком низкий удельный импульс. ТРД теряет эффективность после 2 М. Остаётся один вариант — ПВРД. Кроме того, что он способен работать до скоростей в районе 5 М, его простота означает сравнительно небольшую массу, что крайне положительно скажется на характеристиках нашего аппарата.
Массу аппарата на уровне концепта определить можно только очень приблизительно, потому что нет прямых образцов для сравнения. Навскидку, если сравнивать с массовым совершенством грузовых самолётов, то начальная масса двух ступеней и полезной нагрузки попадёт в диапазон 250-350 тонн. Аппарат будет, очевидно, многоразовым.

Первая ступень

Двигатель второй ступени не может работать на дозвуковых скоростях. Поэтому нужно добавить ещё одну ступень, которая разгонит наш аппарат от нуля до 1,2-1,5 М. Каким образом мы можем это сделать? Идея самолёта-носителя отметается сразу — грузовые самолёты дозвуковые, и 300 тонн не может поднять никакой серийный грузовой самолёт. Теоретически можно поставить твердотопливные ускорители размером поменьше тех, которые были на Спейс Шаттле. Но можно возродить систему, которую предполагали использовать первые теоретики ракетного движения и фантасты — старт с рампы. Построив практически обычные рельсы, можно просто и дёшево разгонять вторую ступень на ракетных санях. Можно предположить следующие плюсы:

  • Крепление ускорителей к саням должно снизить прочностные требования к второй ступени.
  • После запуска ускорители вместе с санями тормозятся и могут без проблем использоваться повторно (что сложнее обеспечить для сбрасываемых в воздухе ускорителей).
  • Небольшое и переносимое людьми ускорение в 4 g потребует всего 3 км для достижения скорости 1,2 М и 3,2 км — для 1,5 М.
  • Горизонтальный разгон не требует преодолевать притяжение земли, стартовые ускорители становятся меньше.
  • Не нужно строить дорогие и циклопические конструкции.

Самым известным полигоном, использующим ракетные сани, является полигон на базе Холломан, где длина рельсов уже перевалила за 15 км, а максимальная достигнутая скорость — 8,5 М:


Четырёхступенчатые ракетные сани, достигшие скорости 8,5 М в 2003 году

Аналоги

Человечество отличается хитростью и изобретательностью, поэтому стоит поискать уже придуманные подобные схемы. В 2010 году NASA проводило исследования этой же идеи на более продвинутых технологиях. Вместо ракетных саней предлагалось использовать электромагнитную или газовую катапульту, а вместо ПВРД поставить ГПВРД, которые бы смогли разогнать вторую ступень до вдвое большей скорости — 10 М. Была даже сооружена модель системы:

Читать еще:  Что такое капремонт дизельного двигателя

Команда разработчиков предложила десятилетний план осуществления проекта. Жаль, новостей позже 2010 года найти не удалось. Вряд ли проект активно разрабатывается.

Также, родственными будут концепции:
StarTram, предполагающий разгон полезной нагрузки на маглеве до скоростей в районе первой космической.
Maglifter, идея 1994 года, также предлагающая использовать маглев для замены обычной первой ступени ракеты-носителя.

Заключение

Предложенная схема может иметь следующие достоинства:

  • Высокий уровень технической готовности компонентов, технологии освоены и недороги.
  • Простота обеспечения многоразовости первой и второй ступеней.
  • Удельный импульс второй ступени выше, чем у ракетных ступеней.
  • Реализация новых технологий может повысить общую эффективность системы. Например, если удастся создать гибрид ПВРД/ГПВРД, то скорость отделения третьей ступени и зону повышенного удельного импульса можно серьезно увеличить.
  • Стартовое сооружение универсально — по одним и тем же рельсам можно запускать стандартные и облегченные ступени.

Идей облегчения доступа в космос много, кто знает, может быть, в будущем космолёты будут стартовать с рамп, как это придумывали век назад?


Фильм «Космический рейс», 1935 г. Если не смотрели — рекомендую, как-никак К.Э. Циолковский — научный консультант

По тегу «Облегчение доступа в космос» другие публикации этой тематики — грустная история экономической неудачи Спейс Шаттла, идеи воздушного старта, «одной ступенью на орбиту», «большого глупого носителя».

Издревле серебру приписывали очищающие и обеззараживающие способности. Во многом поэтому посуду для знати и для религиозных ритуалов часто делали именно из этого благородного металла. Мы решили проверить, обладает ли он реальными обеззараживающими свойствами.

(Для ЛЛ: неправда, но с оговорками. Концентрация маловата. При определённых манипуляциях серебрянной ложкой можно убить всех микробов в стакане воды, но пить её после этого всё равно не рекомендуется)

Контекст. Истории и даже инструкции по использованию серебряной посуды в дезинфицирующих целях можно встретить не только в блогах и социальных сетях, но и в СМИ. Сайты, посвящённые здоровому образу жизни, советуют применять серебряную воду как профилактическое средство, а также для лечения многих заболеваний: простуды, бронхита, гайморита, гастрита.

О серебре. Самые древние изделия из серебра были обнаружены на территории Древнего Египта и относились ещё к додинастическому периоду (5000–3400 годы до н. э.). До середины II тысячелетия до н. э. серебро ценилось даже дороже золота. Историк Геродот отмечал, что в V веке до н. э. предводитель персов Кир II брал с собой в походы питьевую воду в серебряных кувшинах. Средневековые алхимики относили серебро к одному из благородных металлов и искали способ получения его из других веществ (платину к благородным металлам стали относить только в Новом времени, большое спасибо внимательным пикабушникам @megavoltage и @muravlyansky, которые заметили (1, 2) неточность в формулировке). Знать и особы королевской крови предпочитали использовать серебряную посуду, она же была популярна в христианских обрядах, во многом благодаря приписываемым ей бактерицидным свойствам. В Европе Нового времени коллоидные растворы серебра и его соли прописывали пациентам с различными заболеваниями: простудой, трофическими язвами, эпилепсией и гонореей.

Серебро — ковкий, довольно тяжёлый (тяжелее меди) металл серебристо-белого цвета, имеющий самую высокую электропроводность при комнатной температуре. Как представитель благородных металлов, серебро не растворяется в соляной и разбавленной серной кислоте, однако легко растворяется в ртути, образуя амальгаму. Атом серебра состоит из положительно заряженного ядра, внутри которого находятся 47 протонов и 61 нейтрон, а вокруг по пяти орбитам движутся электроны. При отрыве электрона атом становится электрически заряженной частицей — ионом.

Читать еще:  Ваз 21074 не работает двигатель печки

Серебро может быть представлено в виде чистого металла, различных соединений (в основном солей) и коллоидного раствора, насыщенного именно положительно заряженными ионами. Точнее будет даже сказать, что коллоидное серебро со временем становится источником ионов серебра.

Использование в медицине. Современная медицина использует лишь несколько препаратов, в состав которых входят соли серебра. Например, «Протаргол» — противомикробный и противовоспалительный препарат местного действия, применяемый в основном в ЛОР-практике, «Колларгол» — раствор с вяжущим, антисептическим и противовоспалительным свойством, «Аргосульфан» — крем для лечения ожоговых, трофических, гнойных ран, а также пролежней. Важно отметить, что все они относятся к препаратам наружного применения.

Коллоидное серебро представляет собой наночастицы серебра, плавающие в воде или другой жидкости. Существуют и истинные растворы серебра (например, его нитрата), которые представляют собой ионы металла и кислотного остатка. При этом как само коллоидное серебро, так и его ионы действительно обладают антимикробным эффектом — они проникают в микробную клетку и разрушают её. По данным ВОЗ, необходимая концентрация для гарантированного антибактериального эффекта — 0,15 мг/л. В питьевой воде по СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода» максимально допустимое количество этого металла составляет лишь 0,05 мг/л, что в три раза меньше необходимого для обеззараживающего действия.

Важно отметить, что при хроническом превышении максимально допустимых уровней потребления серебра у человека развивается аргироз — кожные покровы приобретают серебристый или серо-синий оттенок. Причём изменения цвета кожи необратимо, даже лазерная терапия не оказывает существенного влияния. Одним из самых известных пациентов с этим состоянием был житель Калифорнии Пол Карасон. На протяжении многих лет он пил коллоидный раствор серебра, приготовленный в домашних условиях. Помимо аргироза, чрезмерное употребление серебра может привести к проблемам с почками и ЖКТ, судорогам и головным болям. В некоторых странах даже законодательно запрещено рекламировать коллоидное серебро как имеющее лечебный эффект, так как доказанной эффективности оно не имеет, при этом ионы серебра по токсичности превосходят тяжёлые металлы.

Пол Карасон

Правда, в случае использования серебряной посуды последствий для здоровья опасаться не стоит. Коллоидный раствор можно получить только с помощью специального инструмента — ионизатора, пропускающего через воду электрический ток, способствующий отцеплению электронов. Слабый коллоидный раствор будет содержать от 1 мг серебра на литр, более концентрированный — до 35. Ложка, просто опущенная в стакан с водой, не насытит воду ни опасной для организма (выше 0,05 мг/л), ни уж тем более необходимой для бактерицидного действия (0,15 мг/л) концентрацией.

Таким образом, просто опущенная в стакан серебряная ложка не создаст необходимую для антимикробного действия концентрацию. Однако при условии, что через воду будет пропускаться электрический ток, она фактически сможет обеззаразить стакан воды. Правда, пить очищенную таким способом воду будет опасно для человека по другой причине.

Ещё нас можно читать в Телеграме, в Фейсбуке и в Вконтакте. Традиционно уточняю, что в сообществах отсутствуют спам, реклама и пропаганда чего-либо (за исключением здравого смысла), а в день публикуем не больше двух постов.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector