Что такое рабочее тело в ракетном двигателе

реактивный двигатель

Энциклопедия «Техника». — М.: Росмэн . 2006 .

Авиация: Энциклопедия. — М.: Большая Российская Энциклопедия . Главный редактор Г.П. Свищев . 1994 .

• рафинёр
• реактивный самолёт

Смотреть что такое «реактивный двигатель» в других словарях:

РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ — РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, двигатель, который обеспечивает продвижение вперед, быстро выпуская струю жидкости или газа в направлении, противоположном направлению движения. Чтобы создать высокоскоростной поток газов, в реактивном двигателе горючее… … Научно-технический энциклопедический словарь

Реактивный двигатель — двигатель, создающий необходимую для движения силу тяги путём преобразования исходной энергии в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела (См. Рабочее тело); в результате истечения рабочего тела из сопла двигателя образуется… … Большая советская энциклопедия

РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ — (двигатель прямой реакции) двигатель, тяга которого создается реакцией (отдачей) вытекающего из него рабочего тела. Подразделяются на воздушно реактивные и ракетные двигатели … Большой Энциклопедический словарь

Реактивный двигатель — двигатель, преобразующий какой либо вид первичной энергии в кинетическую энергию рабочего тела (реактивной струи), которая создает реактивную тягу. В реактивном двигателе сочетаются собственно двигатель и движитель. Основной частью любого… … Морской словарь

РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ — РЕАКТИВНЫЙ двигатель, двигатель, тяга которого создается прямой реакцией (отдачей) истекающего из него рабочего тела (например, продуктов сгорания химического топлива). Подразделяются на ракетные двигатели (если запасы рабочего тела размещаются… … Современная энциклопедия

Реактивный двигатель — РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, двигатель, тяга которого создается прямой реакцией (отдачей) истекающего из него рабочего тела (например, продуктов сгорания химического топлива). Подразделяются на ракетные двигатели (если запасы рабочего тела размещаются… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ — двигатель прямой реакции, реактивная (см.) которого создаётся отдачей вытекающей из него струи рабочего тела. Различают воздушно реактивные и ракетные (см.) … Большая политехническая энциклопедия

реактивный двигатель — — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность EN jet engine … Справочник технического переводчика

Реактивный двигатель — Испытания ракетного двигателя Спейс Шаттла … Википедия

реактивный двигатель — (двигатель прямой реакции), двигатель, тяга которого создаётся реакцией (отдачей) вытекающего из него рабочего тела. Подразделяются на воздушно реактивные и ракетные двигатели. * * * РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ (двигатель прямой… … Энциклопедический словарь

Российские инженеры разработали работающий на воде и спирте двигатель для наноспутников

Российские инженеры создали электротермическую двигательную установку для спутников формата CubeSat, работающую на смеси дистиллированной воды и этилового спирта. Добавление спирта позволит рабочей смеси не замерзать при низких температурах на орбите. Прототип двигателя будет установлен на наноспутнике SamSat-M, сообщает Самарский национальный исследовательский университет имени Королева.

Новый двигатель относится к типу электротермических. В них реактивный импульс создается не за счет химической реакции топлива с окислителем, как в жидкостных ракетных двигателях, а благодаря нагреву рабочего тела. В качестве рабочего тела может использоваться вода, которая при достаточном нагревании превращается в пар, выходящий через сопло и придающий спутнику импульс.

Инженеры из Самары решили добавить в воду, используемую в качестве рабочего тела, этиловый спирт. В полученной смеси доля спирта составляет около 40 процентов. Благодаря добавлению спирта смесь будет иметь пониженную температуру замерзания, что упростит поддержание ее в жидком состоянии в условиях пониженных температур на орбите.

Разработчики создали прототип двигателя, его масса с рабочим телом составляет 1,55 килограмма, из которых на рабочее тело приходится примерно 450 граммов. Расчетный суммарный импульс скорости двигателя при использовании на спутнике формата CubeSat составляет 80 метров в секунду.

Модель спутника SamSat-M

Впервые двигатель планируется испытать на спутнике SamSat-M. Он будет выполнен в формате CubeSat 3U и имеет размер 10 × 10 × 30 сантиметров. Предполагается, что сборка спутника будет завершена в 2018 году. В случае, если испытания на орбите будут признаны успешными, инженеры планируют развернуть мелкосерийное производство двигателей.

Существуют и другие проекты электрических двигателей, использующих необычные материалы в качестве рабочего тела. К примеру, недавно Европейское космическое агентство испытало прямоточный ионный двигатель, использующий воздух из окружающей атмосферы. Предполагается, что небольшие спутники с таким двигателем смогут практически неограниченно находиться на орбитах с высотой 200 или менее километров. Кроме того, существуют проекты создания двигателей, использующих в качестве рабочего тела магнитную жидкость и даже космический мусор.

Григорий Копиев

Свежее

Майя вернулись в город после извержения и построили из туфа пирамиду

Сибирские арктические собаки скрестились со степными и научились пасти оленей

Грузовой корабль «Тяньчжоу-3» пристыковался к новой китайской орбитальной станции

Американка заразилась легочной чумой от домашних кошек

В древнеегипетском городе Буто нашли коллекцию ритуальных предметов VII–VI веков до нашей эры

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Десять лет без дозаправки

Опытный образец нового ракетного двигателя для космических аппаратов разработали ученые Санкт-Петербургского политехнического университета (СПбПУ) Петра Великого. Об этом сообщает пресс-служба вуза.

Ракетный двигатель основан на ускорении ионов в принципиально новой конструкции, в которой ряд технических устройств реализован впервые. Большая скорость факела позволяет получать требуемую тягу, экономно расходуя массу рабочего вещества. Поэтому его должно хватить для управления полетом аппарата на десяток лет и более, говорят разработчики.

Основным возобновляемым ресурсом на борту корабля в космическом полете служит электроэнергия, которую получают путем преобразования солнечных фотонов в электричество с помощью фотоэлементов. В космосе интенсивность потока солнечных фотонов многократно выше, чем на поверхности Земли, на пути к которой фотоны поглощаются атмосферой. В ракетных двигателях на борту корабля электрическая энергия используется для преобразования топлива, или рабочего тела, в факел ускоренных частиц, выбрасываемый в открытое пространство. За счет этого получается реактивное движение.

Как рассказал «Стимулу» один из авторов разработки профессор СПбПУ, доктор физико-математических наук Олег Цыбин, рабочий цикл двигателя выглядит так: «Сначала рабочее тело надо “испарить”, то есть преобразовать в пар или газ. Затем частицы парогазовой фазы заряжают, то есть превращают в ионы. Ионы ускоряют в электрическом ускорителе. Когда ионы наберут достаточную скорость, их “выстреливают” в пространство. Ионы — основной рабочий инструмент. Поэтому такие двигатели называются ионными. Перед выбросом реактивного факела ионы необходимо нейтрализовать, то есть снова преобразовать в нейтралы. Если выбрасывать ионы, космический аппарат зарядится, и ионы притянутся обратно, эффект реактивной тяги исчезнет».

Таким образом, возобновляемая электрическая энергия позволяет осуществлять рабочий цикл ионного двигателя, используя расходуемое рабочее тело. Полет ограничен запасом рабочего тела на борту. Единственная возможность продлить полет — использовать природные ресурсы космических тел. Совершив посадку, можно осуществить заправку ионного двигателя топливом.

«В этом случае в ионы можно преобразовать все, что удастся добыть: скальные камни, базальты, песок, лед, металлическую и иную руду, лунный реголит, — продолжает профессор Цыбин. Для испарения таких веществ можно применить универсальный способ. Он называется “ионное распыление” или “ионное фрезерование” и основан на применении интенсивного ионного пучка. Способ позволяет превратить в пар в вакууме практически любое вещество. А ионный факел для такой технологии можно получить с помощью бортового ионного двигателя аппарата, совершившего посадку на космическое тело. В наземных лабораторных вакуумных стендах идет разработка соответствующих технологий. Для этого используются вещества, близкие по свойствам к тем, которые встретятся в космосе. Более того, создав такую ионно-распылительную камеру в комплекте с ионным двигателем на борту, можно будет испарять отработавшие свое объекты и космический мусор».

Испытания опытного образца двигателя в условиях, приближенных к полетным, университет проводит совместно с ОКБ «Факел» (Калининград) и Военно-космической академией имени А. Ф. Можайского. Поданы три заявки на изобретения, один патент уже получен.

Ядерный ракетный двигатель строят для полетов на Марс. Чем он опасен?

NASA разработает ядерный двигатель для быстрого полета на Марс. Ракеты с ядерными двигателями будут более мощными и вдвое более эффективными, чем с химическими, которые используются сегодня. Рассказываем подробнее о разработке, как быстро она будет передвигаться и чем опасна.

Читайте «Хайтек» в

Что такое ядерный ракетный двигатель?

Ядерный ракетный двигатель (ЯРД) — разновидность ракетного двигателя, которая использует энергию деления или синтеза ядер для создания реактивной тяги.

Традиционный ЯРД в целом представляет собой конструкцию из нагревательной камеры с ядерным реактором как источником тепла, системы подачи рабочего тела и сопла. Рабочее тело (как правило — водород) подается из бака в активную зону реактора, где, проходя через нагретые реакцией ядерного распада каналы, разогревается до высоких температур и затем выбрасывается через сопло, создавая реактивную тягу.

Существуют различные конструкции ЯРД: твердофазный, жидкофазный и газофазный — соответствующие агрегатному состоянию ядерного топлива в активной зоне реактора — твердое, расплав или высокотемпературный газ (либо даже плазма).

Твердофазный ядерный ракетный двигатель

В твердофазных ЯРД (ТфЯРД) делящееся вещество, как и в обычных ядерных реакторах, размещено в сборках-стержнях (ТВЭЛах) сложной формы с развитой поверхностью, что позволяет эффективно нагревать газообразное рабочее тело (обычно — водород, реже — аммиак), одновременно являющееся теплоносителем, охлаждающим элементы конструкции и сами сборки.

Температура нагрева ограничена температурой плавления элементов конструкции (не более 3000 К). Удельный импульс твердофазного ЯРД, по современным оценкам, составит 850–900 с, что более чем вдвое превышает показатели наиболее совершенных химических ракетных двигателей.

Наземные демонстраторы технологий ТфЯРД в ХХ веке были созданы и успешно испытаны на стендах (программа NERVA в США, РД-0410 в СССР).

Газофазный ядерный ракетный двигатель

Газофазный ядерный реактивный двигатель (ГЯРД) — концептуальный тип реактивного двигателя, в котором реактивная сила создаётся за счёт выброса теплоносителя (рабочего тела) из ядерного реактора, топливо в котором находится в газообразной форме или в виде плазмы. Считается, что в подобных двигателях удельный импульс составит 30–50 тыс. м/с.

Перенос тепла от топлива к теплоносителю достигается в основном за счет излучения, большей частью в ультрафиолетовой области спектра (при температурах топлива около 25 000 °C).

Ядерный импульсный двигатель

Атомные заряды мощностью примерно в килотонну на этапе взлета должны взрываться со скоростью один заряд в секунду. Ударная волна — расширяющееся плазменное облако — должна была приниматься «толкателем» — мощным металлическим диском с теплозащитным покрытием и потом, отразившись от него, создать реактивную тягу.

Импульс, принятый плитой толкателя, через элементы конструкции должен передаваться кораблю. Затем, когда высота и скорость вырастут, частоту взрывов можно будет уменьшить. При взлете корабль должен лететь строго вертикально, чтобы минимизировать площадь радиоактивного загрязнения атмосферы.

В США космические разработки с использованием импульсных ядерных ракетных двигателей осуществлялись с 1958 по 1965 год в рамках проекта «Орион» компанией «Дженерал Атомикс» по заказу ВВС США.

По проекту «Орион» проводились не только расчеты, но и натурные испытания. Летные испытания моделей летательного аппарата с импульсным приводом (для взрывов использовалась обычная химическая взрывчатка).

Были получены положительные результаты о принципиальной возможности управляемого полёта аппарата с импульсным двигателем. Также для исследования прочности тяговой плиты проведены испытания на атолле Эниветок.

Во время ядерных испытаний на этом атолле покрытые графитом стальные сферы были размещены в 9 м от эпицентра взрыва. Сферы после взрыва найдены неповрежденными, тонкий слой графита испарился (аблировал) с их поверхностей.

В СССР аналогичный проект разрабатывался в 1950–1970-х годах. Устройство содержало дополнительные химические реактивные двигатели, выводящие его на 30–40 км от поверхности Земли. Затем предполагалось включать основной ядерно-импульсный двигатель.

Основной проблемой была прочность экрана-толкателя, который не выдерживал огромных тепловых нагрузок от близких ядерных взрывов. Вместе с тем были предложены несколько технических решений, позволяющих разработать конструкцию плиты-толкателя с достаточным ресурсом. Проект не был завершен. Реальных испытаний импульсного ЯРД с подрывом ядерных устройств не проводилось.

Ядерная электродвигательная установка

Ядерная электродвигательная установка (ЯЭДУ) используется для выработки электроэнергии, которая, в свою очередь, используется для работы электрического ракетного двигателя.

Подобная программа в США (проект NERVA) была свернута в 1971 году, но в 2020 году американцы вновь вернулись к данной теме, заказав разработку ядерного теплового двигателя (Nuclear Thermal Propulsion, NTP) компании Gryphon Technologies для военных космических рейдеров на атомных двигателях для патрулирования окололунного и околоземного пространства, также с 2015 года идут работы по проекту Kilopower.

С 2010 года в России начались работы над проектом ядерной электродвигательной установки мегаваттного класса для космических транспортных систем (космический буксир «Нуклон»). На 2021 год ведется отработка макета; к 2025 году планируется создать опытные образцы данной ядерной энергоустановки; заявлена плановая дата летных испытаний космического тягача с ЯЭДУ — 2030 год.

Мощность

По оценкам А. В. Багрова, М. А. Смирнова и С. А. Смирнова, ядерный ракетный двигатель может добраться до Плутона за 2 месяца и вернуться обратно за 4 месяца с затратой 75 тонн топлива, до Альфы Центавра за 12 лет, а до Эпсилона Эридана за 24,8 года.

Ядерный двигатель опасен?

Основным недостатком является высокая радиационная опасность двигательной установки:

• потоки проникающей радиации (гамма-излучение, нейтроны) при ядерных реакциях;
• вынос высокорадиоактивных соединений урана и его сплавов;
• истечение радиоактивных газов с рабочим телом.

Использование открытия российских ученых в гражданском секторе тесно связано с безопасностью ядерной силовой установки. Нужно было обеспечить безопасность его выхлопа.

Защита малогабаритного ядерного двигателя меньше, чем у большего по размерам, поэтому нейтроны будут проникать в «камеру сгорания», тем самым с некоторой вероятностью делая радиоактивным все вокруг.

Азот и кислород имеют радиоактивные изотопы с малым временем полураспада и не опасны. Радиоактивный углерод вещь долгоживущая. Но есть и хорошие новости.

Радиоактивный углерод образуется в верхних слоях атмосферы под действием космических лучей. Но главное, концентрация углекислого газа в сухом воздухе составляет всего 0,02÷0,04%.

Учитывая же, что процент углерода, становящийся радиоактивным, величина еще на несколько порядков меньшая, предварительно можно считать, что выхлоп ядерных двигателей не более опасен, чем выхлоп ТЭЦ, работающей на угле.

Собираются ли использовать ядерный двигатель для новейших полетов в космос?

Да, в начале февраля стало известно, что NASA проведет тестирование новейшего ядерного двигателя для полетов на Марс. Ожидается, что с его помощью можно будет добраться до Красной планеты всего лишь за три месяца.

В последние годы ученые и инженеры NASA и других космических агентств мира активно обсуждают планы по постройке постоянных обитаемых баз на поверхности Луны и Марса.

• В чем его преимущества?

Главным ключом к обеспечению их автономности и удешевлению постройки специалисты NASA считают технологии трехмерной печати, позволяющие использовать воду и местные ресурсы — почву, горные породы и газы из атмосферы — для постройки зданий базы прямо на месте.

Подобные принтеры, как показывают опыты на борту МКС и на Земле, позволяют напечатать почти все необходимое для жизни колонистов на Марсе, за исключением одного, самой главного компонента базы — источника питания, чья мощность была бы достаточной для обеспечения работы самого 3D-принтера, а также питания и обогрева всей базы.

В рамках подготовки NASA к высадке на Марс в 2035 г. американская компания Ultra Safe Nuclear Technologies (USNT) из Сиэтла предложила свое решение — ядерный тепловой двигатель (NTP)

• Каким будет ядерный двигатель?

USNT предлагает классическое решение — ядерный двигатель с использованием сжиженного водорода в качестве рабочего тела: ядерный реактор вырабатывает тепло из уранового топлива, эта энергия нагревает жидкий водород, проходящий по теплоносителям, который расширяется в газ и выбрасывается через сопло двигателя, создавая тягу.

Одна из основных проблем при создании такого типа двигателей — найти урановое топливо, которое может выдерживать резкие колебания температуры внутри двигателя. В USNT утверждают, что решили эту проблему, разработав топливо, которое может работать при температурах до 2 400 градусов Цельсия.

Топливная сборка содержит карбид кремния: этот материал, используемый в слое триструктурально-изотропного покрытия, образует газонепроницаемую преграду, препятствующую утечке радиоактивных продуктов из ядерного реактора, защищая космонавтов.

Кроме того, для защиты экипажа и на случай непредвиденных ситуаций ядерный двигатель не будет использоваться во время старта с Земли — он начнет работу уже на орбите, чтобы минимизировать возможные повреждения в случае аварии или нештатной работы.