Vikupautomsk.ru

Выкуп Авто МСК
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Двигатель для космолета: на чем люди полетят в дальний космос

Двигатель для космолета: на чем люди полетят в дальний космос

Многие специалисты считают именно английский проект самым революционным: если США и СССР развивали традиционные ракетные технологии, заложенные еще Вернером фон Брауном, то Великобритания решила создать принципиально новый воздушно-космический самолет. Самим аппаратом занималась British Aerospace, а уникальный воздушно-реактивный двигатель должна была разработать компания Rolls-Royce. Планировалось, что HOTOL будет взлетать с разгонной аэродромной тележки, двигатель начнет работать в воздушно-реактивном режиме (до высоты около 28 км), используя в качестве окислителя забортный воздух, после чего перейдет в режим классического ракетного жидкостного двигателя. Создание такого двигателя и сейчас задача почти фантастическая, что же говорить о восьмидесятых годах. Довольно скоро Rolls-Royce столкнулась с рядом трудностей, повлекших незапланированный рост затрат на исследовательские работы. В итоге British Aerospace решила отказаться от революционного двигателя и вступить в кооперацию с СССР, переименовав проект в Interim HOTOL. Аппарат планировали оснастить советскими ЖРД и запускать с модифицированного самолета Ан-225. Сотрудничество началось в 1991-м, однако в этом же году Советский Союз закончил свое существование, похоронив под своими обломками и совместный проект.

Три в одном

Не все были согласны с таким положением дел. После сворачивания работ над RB545 в 1989 году ведущий конструктор двигателя Алан Бонд забрал с собой двух инженеров Rolls-Royce и основал собственную компанию – Reaction Engines. Она сосредоточилась на создании гибридного двигателя SABRE (Synergistic Air-Breathing Rocket Engine) и разработке других технологий для воплощения проекта космоплана Skylon. Многие эксперты считают, что проект SABRE способен перевернуть современную космонавтику и сделать возможным создание одноступенчатого космического аппарата. Он может работать на первом этапе полета как турбореактивный двигатель, в качестве окислителя забирая забортный воздух. На втором этапе – как прямоточный двигатель, а на третьем – как обычный ракетный двигатель, используя внутренний бортовой окислитель.

Идея одноступенчатого многоразового воздушно-космического аппарата (SSTO, Single Stage to Orbit) далеко не нова, но на пути ее воплощения стоит ряд препятствий – низкий уровень весовой отдачи конструкции и недостаточный удельный импульс существующих ракетных двигателей. Это взаимосвязанные параметры: повысив удельный импульс (который показывает, сколько секунд данный двигатель сможет создавать тягу в 1 Н, истратив при этом 1 кг топлива), вы можете получить ту же тягу с меньшим расходом топлива и окислителя, что позволяет сделать конструкцию большей массы. Однако существующие жидкостные ракетные двигатели имеют удельный импульс в вакууме порядка 400 с (рекорд для кислород-водородных КВД1 и RL-10 составляет 462 с, двигатели на экзотических компонентах – например, использующие водород-литий-фтор – позволяют получить на сотню больше, однако с ними столько проблем, что игра не стоит свеч).

Не ракета, не самолет

В то же время двигатели современных авиалайнеров имеют удельный импульс на порядок выше, приближаясь к цифре 6000 с, и даже «прожорливый» двигатель сверхзвукового Concorde имел удельный импульс всего в два раза ниже – 3000 с (почти в десять раз экономичней космической ракеты). Такая радикальная разница из-за иного принципа работы: воздушно-реактивный двигатель на каждую часть топлива использует 14 частей воздуха (если топливо – водород, то 30), а ракетному приходится черпать из баков все, что потом улетит в сопло.

Можно, конечно, использовать воздушно-реактивный двигатель на части траектории выведения, которая проходит сквозь плотные слои атмосферы, с его экономичностью и отсутствием необходимости в окислителе. Но не все так просто. Космическая ракета стремится пройти плотные слои атмосферы быстро, проткнув их на вертикальном участке траектории, а уже потом заваливая траекторию горизонтально. Аппарат с ВРД не может позволить себе такой роскоши – он должен максимально использовать бесплатный окислитель за бортом, потому его траектория пологая и долгое время проходит в плотных слоях атмосферы, с большой скоростью полета на этом участке. Все это время аппарат находится под воздействием скоростного напора набегающего потока, что требует упрочнения конструкции и повышения эффективности теплозащиты – и то и другое тянет за собой увеличение веса. Есть еще одна хитрость – возможность использовать подъемную силу крыла: если ракета с вертикальным стартом висит на тяге двигателей и при наборе высоты тяга должна быть больше ее веса, то крылатый аппарат с аэродинамическим качеством 5 для набора высоты должен иметь тягу всего лишь больше 1/5 веса. Однако крылья – это тоже дополнительный рост веса конструкции. Все это затягивается в тугой клубок противоречий, решить которые на современном технологическом уровне, получив преимущества над многоступенчатой системой, достаточно сложно.

Самый мощный холодильник в мире

Алан Бонд со своей командой столкнулся с теми же проблемами, что и его предшественники: среди всего множества существующих типов воздушно-реактивных двигателей нет универсала, каждый из них отличается разной эффективностью, каждый хорош в своем диапазоне скоростей, обладает своего рода узкой специализацией. Турбореактивный двигатель отлично работает в диапазоне от 0 до 3 М, но разгон с его помощью до больших скоростей затруднителен: воздух при торможении в воздухозаборнике нагревается так сильно, что дальнейшее сжатие его компрессором приводит к росту температуры до величин, выходящих за пределы термостойкости материалов камеры сгорания и турбины. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель и гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель (последний отличается сверхзвуковым течением в камере сгорания) отлично работают на больших скоростях (Х-43А достиг 10 М), однако не работают на малых. Турборакетные двигатели обладают низким удельным импульсом и тяговооруженностью (они тяжелы для той тяги, что создают). В свое время большие надежды возлагали на двигатель со сжижением кислорода (LACE, Liquid Air Cycle Engine), в котором криогенное топливо идет через теплообменник, забирая тепло у набегающего потока до температуры сжижения воздуха, далее через сепаратор, где кислород отделяется от азота и подается в камеру сгорания. Однако такой двигатель тяжел, конструктивно сложен (прощай, надежность) и имеет повышенный расход топлива (водорода на охлаждение тратится больше, чем можно сжечь в камере сгорания с полученным жидким кислородом, а это потери удельного импульса). Впрочем, от LACE Алан Бонд решил позаимствовать идею охлаждать воздушный поток в теплообменнике.

В итоге инженеры пришли к необходимости комбинированной силовой установки из разных двигателей, в которой каждый работает на своем участке (например, для старта используется турбореактивный, для высокоскоростного разгона – прямоточный, для внеатмосферного полета – ракетный). Ракетный двигатель – необходимый компонент коктейля, остальные по вкусу, в разных комбинациях. Однако это порождает определенные проблемы: на всех режимах полета нужно везти мертвый груз в виде двигателя для другого участка траектории, растет аэродинамическое сопротивление из-за сопел неработающих двигателей. Альтернатива – гибридная силовая установка, которая сочетает в себе качества (и агрегаты) всех типов двигателя. Сопло ведь нужно всем? Так зачем тащить несколько, используем одно для всех. Воздухозаборник нужен всем, кроме ракетного? Используем один, а потом закроем заподлицо, чтобы сопротивления не создавал. В этом направлении и двигалась мировая конструкторская мысль (даже силовая установка самолета SR-71 Blackbird – гибрид турбореактивного и прямоточного двигателей, некоторые зенитные ракеты используют ракетно-прямоточный).

Читать еще:  Что такое обмотка возбуждения синхронный двигатель

Очень быстрый гибрид

Двигатель компании Reaction Engines – SABRE – вполне подходит на роль ключевой технологии, с помощью которой можно разрубить гордиев узел противоречий и реализовать одноступенчатый воздушно-космический аппарат. Этот гибрид сочетает в себе качества турбореактивного (хотя турбину компрессора крутят не выхлопные газы, а горячий гелий в замкнутом цикле), прямоточного и ракетного двигателей и работает с достаточной эффективностью на всех участках траектории, от взлетной полосы до орбиты. Расчеты Reaction Engines показывают, что в случае применения ЖРД общий вес корабля и полезной нагрузки должен составлять 13% от стартового веса для вывода полезной нагрузки 15 т на низкую опорную орбиту. Двигатель SABRE позволяет при тех же условиях довести вес корабля с полезной нагрузкой до 22% – цифра вполне достижимая при современном уровне технологий.

SABRE, как и его предшественник RB545, – гибридный воздушно-реактивный двигатель с предохлаждением потока. Здесь, как и в LACE, за воздухозаборником стоит криогенный теплообменник, однако входящий поток не сжижается, всего лишь охлаждаясь до низких температур. Далее воздух с температурой порядка –140 °С (до этого он нагрелся при торможении свыше 1000 °С) поступает в простой турбокомпрессор из легких сплавов (низкая температура воздушного потока позволила облегчить его на три четверти по сравнению с компрессором турбореактивного двигателя), сжимающий газы до давления камеры сгорания, в которой газообразный воздух смешивается с жидким водородом. При выходе из плотных слоев атмосферы воздухозаборник запирается створками, а камера сгорания питается жидким кислородом из внутренних баков. Поскольку расход водорода на охлаждение больше, чем окислителя в полученном воздухе, избыток (2/3 потока, прошедшего теплообменник) дожигается во втором контуре, смешиваясь с той частью воздуха, которая не поступила в теплообменник.

Однако принципиальная схема по сравнению с RB545 несколько изменилась: добавилась промежуточная петля с жидким гелием – теперь водород охлаждает гелий, а гелий уже отбирает тепло у воздуха и, нагревшись, крутит турбину компрессора и насосов, после чего поступает на повторное охлаждение. Это позволило избежать проблем водородной хрупкости в температурно-напряженном теплообменнике воздухозаборника. Компоновка космического аппарата тоже изменилась: тонкое веретено корпуса оснащено треугольным крылом со слегка искривленными мотогондолами на его концах.

Запарились

История создания SABRE – это прежде всего история разработки и совершенствования теплообменника, поскольку все завязано на его характеристики. Он должен извлечь из воздуха до 400 МВт тепла, при этом иметь минимальный вес, малые габариты, малое гидравлическое сопротивление (чтобы обеспечить заданный расход хладагента без установки тяжелых насосов), работать в условиях громадного перепада температур и давлений, сохранив целостность на протяжении всего жизненного цикла аппарата, и быть технологичным в изготовлении. По словам Алана Бонда, современные промышленные теплообменники такой мощности имеют вес в 30 раз больше, чем допустимо для применения на борту одноступенчатого космического аппарата (18 т против 600 кг, заложенных в конструкцию SABRE). Ответ, как часто бывает, подсказала природа. Жабры рыб имеют разветвленную систему капилляров, в которых более тонкая сеть трубочек вливается в толстые сосуды. Это оказалось именно тем решением, которое позволяет снизить сопротивление току жидкости при достаточной площади теплообмена. Существующие теплообменники, как правило, имеют набор трубок равного диаметра, в новой же конструкции применяются изогнутые тонкостенные трубки диаметром 0,9 мм с толщиной стенок 30 нм из сплава Inсonel 718, которые соединяют основные трубопроводы большего диаметра. Для изготовления применяется пайка, а отверстия в основных трубопроводах прожигаются лазером. Был изготовлен опытный образец теплообменника, который поместили перед установленным на стенде реактивным двигателем Rolls-Royce Viper. Инженеры провели цикл наземных испытаний, в которых модуль прошел 200 рабочих циклов по 5 минут каждый – больше, чем за планируемый жизненный цикл аппарата Skylon.

Альтернативные силовые установки для различных видов транспорта

Привычные ДВС (двигатели внутреннего сгорания), работающие от бензина, хоть и являются довольно эффективными, но оказывают негативное воздействие на окружающую среду. Вдобавок нефтяные ресурсы стремительно расходуются, что может привести к полному исчерпанию ископаемого. Поэтому сейчас активно развиваются альтернативные виды двигателей и топлива.

Какие бывают типы двигателей?
Силовые установки делятся на множество разновидностей, причем не только по принципу действия, но и по типу транспортного средства, где они применяются. Для автомобилей выделяют следующие двигатели:

  1. Водородный силовой агрегат испускает нулевой CO2 и минимальный NOx по сравнению с другими моторами. Кроме того, водородный двигатель (H2ICE) основан на технологии ДВС. Поэтому нынешняя инфраструктура технического обслуживания транспортных средств не нуждается в крупных вложениях и переоборудовании, чтобы адаптироваться к новому двигателю. Существует два типа водородных двигателей: водородный на топливных элементах и водородный ДВС. Основное различие между ними заключается в том, что первый стоит дороже.
  2. В отличие от традиционных автомобилей, электромобили получают питание от предварительно установленных аккумуляторных батарей. Причем они питают не только двигатель, но и другое электрооборудование. Электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую. Из-за опасений по поводу увеличения выбросов парниковых газов и роста цен на топливо электромоторы быстро набирают популярность. Электрические двигатели более эффективны, чем традиционные бензиновые или дизельные, в преобразовании накопленной энергии. Большинство современных электромобилей используют литий-ионные или свинцово-кислотные аккумуляторы.
  3. Воздух сжимается в трубах высокого давления. Обычный мотор использует воздух, смешанный с бензином (или дизельным топливом), который затем воспламеняется искрой (или высоким давлением) для выработки энергии. Силовые установки на транспортных средствах со сжатым воздухом используют расширение сжатого воздуха, когда он выпускается из труб высокого давления для привода поршней двигателя. Но машины со сжатым воздухом не работают полностью на воздухе. Электрические двигатели также используются, чтобы сжать воздух в трубах высокого давления. Однако эти автомобили не могут считаться полностью электрокарами, поскольку мотор не питает непосредственно колеса. Автомобили со сжатым воздухом действительно должны быть заряжены, как и электромобили, но поскольку они потребляют гораздо меньше энергии, время зарядки намного меньше.

Силовая установка самолета представлена реактивными двигателями, которые создают тягу, выталкивая реакционную массу. Основным принципом реакционного двигателя является третий закон Ньютона. Обычно под названием «реактивный» подразумевается силовой агрегат, установленный в пассажирском самолете. Однако там используются воздушно-реактивные двигатели, которые относятся к турбинному классу моторов.

Прямоточные реактивные двигатели, которые обычно считаются более простыми и надежными, поскольку они содержат меньше (до полного отсутствия) движущихся частей, также являются воздушными реактивными двигателями, но относятся к классу Ram-Powered. Разница между ними заключается в том, что рамповые двигатели полагаются на чистую скорость подачи воздуха, в то время как турбореактивные используют турбины для втягивания в камеру сгорания и последующего сжатия. В остальном принцип работы схож.

Как определить КПД двигателя?
КПД (коэффициент полезного действия) отображает, насколько эффективно используется топливная энергия в силовом агрегате. Показатель демонстрирует, сколько тепла от сгорания горючего преобразуется в механическую энергию.
КПД обозначается греческой литерой η. Для определения величины используется формула η = А / Q1, где А — энергия, а Q1 — теплота, выработанная нагревателем. При этом A можно представить как разницу Q1 – Q2, где Q2 — это теплота, потребленная холодильником.
В результате итоговая формула получается η = (1–Q2) / Q1. Любой двигатель часть выработанной энергии отдает холодильнику, поэтому КПД всегда Вера :

Читать еще:  Что это за двигатель chery sqr 484f

Альтернативные вариантом являются топливные элементы (ТЭ), преобразующие химическую энергию топлива в тепло и постоянный электрический ток, питающий электродвигатель или системы бортового питания транспортного средства. ТЭ представляет собой непрерывно перезаряжаемую батарею из двух покрытых катализатором электродов, между которыми находится электролит. Через один электрод подается водород, через другой — чистый кислород или кислород из воздуха, к которым постоянно добавляются химическое топливо и окислитель. Соединение водорода с кислородом обычно происходит внутри пористой полимерной мембраны. Водородные ТЭ намного более экологичны, эффективны (их КПД составляет 45%, современного автомобильного ДВС — 35%), надежны, способны работать при низких температурах, при этом менее габаритны. Они могут применяться в качестве силовых установок в гибридных автомобилях, а в электромобилях — в качестве суперконденсаторов. Распределенное энергоснабжение: водород в виде неиспользованного электричества можно применять для питания домашней электросети

Турбореактивный двигатель — плюсы и минусы

Вид в небе полета самолетов, завораживает наблюдателей. Человеку, далекому от сложных формул и сил, толкающих в воздухе многотонную машину с огромной скоростью, не всегда понятны тонкости аэродинамики, физические процессы. Воздушные транспортные средства стали называть «реактивными» из-за турбореактивного двигателя (ТРД), который создали инженеры после войны. Простых людей интересует, есть ли в них недостатки и, какими плюсами наделены мощные моторы.

Краткий принцип работы реактивных движков

Экстремальные условия военного времени показали, что самолетам не хватает скорости, маневренности. Было много проблем с мощностью двигателей. Конструкторы мирного периода, принялись модернизировать в первую очередь силовой агрегат. Они поняли, что без хороших движков не осуществить мечту человечества – покорение космоса.

Скорость механическому телу придает смесь, когда она попадает в специальную камеру, сжигается. В результате сгорания образуются газы, давление выталкивает их наружу, выход происходит через круглый с поперечным сечением канал – сопло. Здесь и создается огромная сила, которая толкает двигатель с самолетом или ракетой в противоположном направлении от газовых выхлопов. Наглядным примером служит обычный воздушный шар. Если его отпустить надутый, но не завязанный, за счет вылетающего воздуха он начинает быстро двигаться. Инженеры придумали как управлять такими движениями.

Принцип работы движков в ракетах и самолетах один, они должны снабжаться кислородом, за счет которого топливо сжигается. В первом случае воздушные корабли в полет отправляются, имея в запасе химический элемент, во втором – поглощают из атмосферы. В компрессоре воздух сжимается и попадает в камеру сгорания.

Когда газ проходит через турбины, которые закреплены в конце сопла, они начинают вращаться. Специальные приспособления придают направление для перехода на следующую ступень и ускорения круговых движений. Газом, освобожденным из канала, создается реактивная сила. В самолетах для работы движка достаточно топлива, реактора и сопла. В ракетах турбины состоят из нескольких ступеней с лопатками, прикрепленными к общему валу, направляющими продукт сгорания.

Турбореактивный двигатель самолета

Какими достоинствами наделены турбореактивные двигатели

Активно развиваются технологии, появляются новые разработки, но двигатели с силой тяги, где горючее, сгорая преобразует внутреннюю энергию в кинетическую, остаются в производстве из-за множества положительных качеств. На этом принципе созданы более совершенные модели, они по-прежнему действуют в соответствии с законом сохранения импульсов. К достоинствам турбореактивных силовых агрегатов относятся:

  • Простая конструктивная структура. Где основной составной частью служит реактор, здесь происходит сгорание топлива, создается высокая тепловая энергия, с её помощью передается аппарату реактивная тяга.
  • Мало подвижных элементов. Усиливается функциональность дополнительными механизмами, они принудительно нагнетают воздух в простую по конструкции камеру сгорания. В состав воздухосборника входит, крутящийся винт и лопасти.
  • Большая мощность. Удельным импульсом характеризуется уровень ускорения, передаваемого воздушным кораблям для развития скорости.
  • Высокий КПД. Этот показатель намного выше по сравнению с другими моделями двигателей.
  • Тягой можно управлять во время космического полета. Изменяя расход горючего, пилот снижает или увеличивает скорость, маневрирует, отключает или запускает силовой агрегат в автономном режиме, без взаимодействия с другими механизмами.
  • Работа осуществляется в условиях низкого воздушного давления, а в безвоздушном пространстве без него, что является первой необходимостью для ракет.

Турбореактивные двигатели отлично зарекомендовали себя в самых трудных ситуациях.

С какими недостатками ведут борьбу конструкторы

Нет механизмов, совершенных во всем. Возможно, это является причиной, почему человек до сих пор не посетил соседние планеты. Древние ученые мечтали о создании вечного двигателя, современные конструкторы пытаются избавить силовые агрегаты от недостатков. К ним принадлежат:

  • Шумы, переносимые с трудом человеческим ухом. Когда реактивный самолет взлетает, то создается грохот, приравненный к 120 дБ. Возле космических аппаратов не стоят даже испытатели, чтобы не подвергать организм контузии. Инженеры работают, но пока безуспешно над подобной проблемой.
  • Расход горючего. Двигатели много потребляют топлива. Для вывода ракеты на орбиту массой 4000 тонн, необходимо установить не меньше 5 силовых агрегатов. Они создают скорость приблизительно 4 км/сек. Газов за один момент выходит около 10 т. Мгновенно сгорает по цистерне ракетного топлива.
  • Ограничение ресурсов. Во время полета ракет, какой бы вид горючего не использовался, каждое выделяет определенный уровень энергии. Но его мало, чтобы покорять Галактику. Сейчас ведутся ядерные разработки, ученые мечтают с помощью этого перспективного направления, открыть туристические путешествия между планетами.
  • Быстрый расход топлива. На длительные полеты необходим большой запас энергоносителей. Горючее весит больше чем сами самолеты или космические корабли.
  • Летательные аппараты огромные по размерам и массе.

Если конструкторы смогли придумать аппарат, чтобы доставить астронавтов на Луну, возможно, скоро появится движок настолько мощный и компактный, который позволит посетить Марс.

Заключение

Турбореактивные двигатели используют не только в ракетах и самолетах. Развитие технологий не знает границ, движки такого типа стали внедрять в область:

  1. Автомобилестроения.
  2. Железнодорожного транспорта.

Силовые агрегаты с успехом зарекомендовали себя на ледоколах и гоночных болидах. Многое, что казалось фантастикой в прошлом веке, стало сейчас реальностью и обыденным явлением. Пока что, имеющиеся в наличии моторы, заставляют летать самолеты быстро и высоко. А сила тяги реактивных движков не зависит от точек опор, среды и иных тел.

Возможно, мечты нашего великого конструктора С. Королева исполнят его последователи. Ученые откроют новый вид топлива, разработают к нему двигатель, который сможет доставить путешественников на просторы Галактики, и вернуть их на Землю.

Презентация, доклад на тему Тепловые двигатели

Тепловые двигатели, предмет презентации: Физика. Этот материал в формате pptx (PowerPoint) содержит 19 слайдов, для просмотра воспользуйтесь проигрывателем. Презентацию на заданную тему можно скачать внизу страницы, поделившись ссылкой в социальных сетях! Презентации взяты из открытого доступа или загружены их авторами, администрация сайта не отвечает за достоверность информации в них, все права принадлежат авторам презентаций и могут быть удалены по их требованию.

  • Главная
  • Физика
  • Тепловые двигатели
Читать еще:  Gdi двигатель какое масло можно залить

Слайды и текст этой презентации

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

«НИЖЕГОРОДСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ»

г. Нижний Новгород

Выполнила:
студентка гр. ДОУ-11

Водородный двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором в качестве топлива используется водород.

История водородных двигателей.

Около 45% добываемых в мире нефтепродуктов используется в качестве топлива для автомобилей. Водород как топливо для двигателей рассматривается в числе наиболее перспективных веществ. Запасы водорода на Земле практически неисчерпаемы, так как его легко выделить из обыкновенной воды. И, что самое важное, при равных массах, при сжигании водорода выделяется в 3 раза больше энергии, чем при сжигании бензина. Первый патент на водородную силовую установку был выдан в Англии еще в 1841 году. В 1852 году в Германии был построен двигатель внутреннего сгорания, работающий на смеси водорода и воздуха, а на печально известном дирижабле Гинденбург компании Zeppelin были установлены ходовые двигатели, работавшие на светильном газе – смеси газов с пятидесятипроцентной долей водорода.

Типы и принцип работы водородных двигателей

Современные силовые установки подразделяются по принципу работы на два типа: электромоторы с питанием от водородных топливных элементов и двигатели внутреннего сгорания на водороде.

Принцип работы топливных элементов построен на физико-химической реакции. По сути, топливные элементы напоминают обычные свинцовые аккумуляторы. Разница в том, что КПД топливного элемента существенно выше КПД аккумулятора и составляет 45% и более. В корпусе водородно-кислородного топливного элемента установлена мембрана, проводящая только протоны. Она разделяет две камеры с электродами — анодом и катодом. В камеру анода подведен водород, а в камеру катода кислород. Каждый электрод покрыт слоем катализатора, к примеру, платиной. Молекулярный водород под воздействием катализатора, нанесенного на анод, теряет электроны. Протоны проводятся через мембрану к катоду, и под воздействием катализатора соединяется с электронами (поток электронов подводится извне), в результате чего образуется вода. Электроны из камеры анода уходят в электрическую цепь, подсоединенную к двигателю, то есть, на бытовом языке, образуется электрический ток, питающий электромотор.

Действующими образцами автомобиля с силовой установкой на основе топливных элементов являются «Нива» с энергоустановкой «Антэл-1» и «Лада 111» с «Антел-2», разработанные уральскими инженерами. На одной подзарядке первая машина может преодолеть 200 км, вторая — 350 км

Силовые установки на основе водородных топливных элементов

Водородные двигатели внутреннего сгорания

При использовании водорода в обычном двигателе внутреннего сгорания возникает ряд проблем. Во-первых, при высокой температуре и сжатии водород вступает в реакцию с металлом, из которого сделан двигатель, и даже с моторным маслом. Кроме того, в случае даже небольшой утечки при контакте с раскаленным выпускным коллектором он неизбежно загорится. Поэтому, кстати, для работы на водороде используют роторные двигатели, конструкция которых подразумевает удаленность впускного коллектора от выпускного, что позволяет уменьшить риск возгорания. Однако все эти проблемы, включая необходимость изменения системы зажигания, так или иначе удается обойти, что позволяет инженерам считать водород перспективным топливом

Что такое тепловой двигатель?

Тепловой двигатель – это устройство, преобразующее внутреннюю энергию топлива в механическую энергию.

Принцип теплового двигателя

Принцип действия теплового двигателя основан на свойстве газа или пара при расширении совершать работу.
В процессе работы теплового двигателя периодически повторяются расширения и сжатия газа.
Расширения газа происходят самопроизвольно, а сжатия под действием внешней силы.

Устройство теплового двигателя

Три основных элемента любого теплового двигателя:
1.Нагреватель, сообщающий энергию рабочему телу.
2. Рабочее тело (газ или пар), совершающее работу.
3.Холодильник, поглощающий часть энергии от рабочего тела.

Паровая турби́на (фр. turbine от лат. turbo вихрь, вращение) это тепловой двигатель непрерывного действия, в лопаточном аппарате которого потенциальная энергия сжатого и нагретого водяного пара преобразуется в кинетическую, которая в свою очередь совершает механическую работу на валу.

Газовая турбина это тепловой двигатель непрерывного действия, в лопаточном аппарате которого энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу. Состоит из компрессора, соединённого напрямую с турбиной, и камерой сгорания между ними. (Термин Газовая турбина может также относится к самому элементу турбина.)

Дизельный двиѓатель поршневой двигатель внутреннего сгорания, работающий по принципу воспламенения топлива от сжатия. Дизельные двигатели работают на дизельном топливе (в просторечии — «солярка»).

Реактивный дви́гатель-
двигатель, тяга которого создаётся реакцией (отдачей) вытекающей из него струи рабочего тела. Под рабочим телом применительно к двигателям понимают вещество (газ, жидкость, твёрдое тело), с помощью которого тепловая энергия, выделяющаяся при сгорании топлива, преобразуется в полезную механическую работу. Основа реактивного двигателя – камера сгорания, где сжигается топливо (источник первичной энергии) и генерируется рабочее тело – раскалённые газы (продукты сгорания топлива).

Классы реактивных двигателей

Существует два основных класса реактивных двигателей:
Воздушно-реактивные двигатели — тепловые двигатели, которые используют энергию окисления горючего кислородом воздуха, забираемого из атмосферы. Рабочее тело этих двигателей представляет собой смесь продуктов горения с остальными компонентами забранного воздуха.
Ракетные двигатели — содержат все компоненты рабочего тела на борту и способны работать в любой среде, в том числе и в безвоздушном пространстве.

Составные части реактивного двигателя

Любой реактивный двигатель должен иметь, по крайней мере, две составные части:
Камера сгорания («химический реактор») — в нем происходит освобождение химической энергии топлива и её преобразование в тепловую энергию газов.
Реактивное сопло («газовый туннель») — в котором тепловая энергия газов переходит в их кинетическую энергию, когда из сопла газы вытекают наружу с большой скоростью, тем самым создавая реактивную тягу.

Тур­бо­вин­то­вой дви­га­тель. В этом типе дви­га­теля мощ­ность тур­бины через пони­жа­ю­щий редук­тор направ­ля­ется на вра­ще­ние клас­си­че­ского винта. Такие дви­га­тели поз­во­лят боль­шим само­ле­там летать на при­ем­ле­мых ско­ро­стях и тра­тить меньше горю­чего. Нор­маль­ной крей­сер­ской ско­ро­стью тур­бо­вин­то­вого само­лета счи­та­ется 600—800 км/ч.

turbofan reactive Устройство реактивного двигателя
Тур­бо­вен­ти­ля­тор­ный реак­тив­ный двигатель.

ур­бо­вен­ти­ля­тор­ный реак­тив­ный двигатель.

Этот тТип дви­га­теля явля­ется более эко­но­мич­ным род­ствен­ни­ком клас­си­че­ского типа. глав­ное отли­чие в том, что на входе ста­вится вен­ти­ля­тор боль­шего диа­метра, кото­рый подает воз­дух не только в тур­бину, но и создает доста­точно мощ­ный поток вне её. Таким обра­зом дости­га­ется повы­шен­ная эко­но­мич­ность, за счет улуч­ше­ния КПД.

Пря­мо­точ­ный воздушно-реактивный дви­га­тель (Ramjet)

Рабо­тает без подвиж­ных дета­лей. Воз­дух нагне­та­ется в камеру сго­ра­ния есте­ствен­ным спо­со­бом, за счет тор­мо­же­ния потока об обте­ка­тель вход­ного отверстия.

Далее все про­ис­хо­дит так же как в обыч­ном реак­тив­ном дви­га­теле — воз­дух сме­ши­ва­ется с горю­чим и выхо­дит в виде реак­тив­ной струи из сопла.

Исполь­зо­вался на поез­дах, само­ле­тах, БЛА, и в бое­вых раке­тах, а также на вело­си­пе­дах и скутерах.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector