GE Aviation разрабатывает революционно новый реактивный двигатель, который сочетает в себе лучшие черты турбореактивных и турбовентиляторных двигателей, при этом обладает сверхзвуковой скоростью и эффективно использует топливо, сообщает zitata.org.
В настоящее время в рамках проекта USAF ADVENT разрабатываются новые двигатели, которые экономят топливо на 25 процентов и снабжены новыми возможностями.
В авиации существуют два основных вида реактивных двигателей: турбовентиляторные с низкой степенью двухконтурности, как правило, их называют турбореактивными двигателями и ТРД с высокой степенью двухконтурности. Турбореактивные двигатели с низкой степенью двухконтурности оптимизированы для высокой производительности, толкая различные истребители, но при этом используя невероятно много топлива. Результат производительности стандартного турбореактивного зависит от нескольких элементов (компрессор, камера сгорания, турбины и сопла).
Напротив, ТРД с высокой степенью двухконтурности, являются мощнейшими устройствами гражданской авиации, оптимизированными для сверхмощных толчков с эффективным использованием топлива, но плохо зарекомендовавшими себя на сверхзвуковых скоростях. Обычный турбореактивный двигатель низкого давления получает воздушный поток от вентилятора, который приводится в действие реактивной турбиной. Затем, поток воздуха поступаемый от вентилятора обходит камеры сгорания, действуя как большой пропеллер.
В ADVENT (ADaptive VErsitile ENgine Technology) двигателе появился третий, внешний байпас, который может быть открыт и закрыт в зависимости от условия полёта. При взлёте для уменьшения степени двухконтурности третий байпас закрыт. В результате этого, для увеличения тяги генерируется большой поток воздуха через компрессор высокого давления. При необходимости открывается третий байпас для увеличения степени двухконтурности и снижения расхода топлива.
Дополнительный обходной канал расположен вдоль верхней и нижней части двигателя. Это третий канал будет открыт или закрыт, как часть переменного цикла. Если канал открыт — степень двухконтурности будет расти, снижая расход топлива и повышая звуковой диапазон до 40 процентов. Если каналы закрыты, дополнительный воздух проходит через компрессора высокого и низкого давлений, что безусловно повышает тягу, увеличивает толчок и обеспечивает сверхзвуковой производительностью при взлёте.
Конструкция двигателя ADVENT основана на новых технологиях производства, таких как 3D печать сложных компонентов охлаждения и супермощных, но лёгкий керамических композитов. Они позволяют производить высокоэффективные реактивные двигатели, работающие при температуре выше температуры плавления стали.
Инженеры разработали новый двигатель для лёгких полётов. «Мы хотим, чтобы двигатель был невероятно надёжным и позволил пилоту сосредоточиться на его миссии», — говорит Abe Levatter, руководитель проекта GE Aviation. Мы взяли на себя ответственность и разработали двигатель, который оптимизирован для любых полётов».
В настоящее время GE тестирует основные компоненты двигателя и планирует запустить его в середине 2013 года. На видео, расположенном ниже можно увидеть новый двигатель ADVENT в действии.
SRB для Space Launch System
Боковые твердотопливные ускорители SRB для Space Launch System. Разработанные для доставки грузов на ближайшие к Земле планеты, ракетне двигатель ускорителей SLS NASA дают больше тяги, чем любой другой когда-либо построенный двигатель: 16 00 тс. В секунду каждый из них сжигает 5 тонн топлива.
Если перевести тепловую энергию, которую каждый из них вырабатывает за 2 минуты работы, в электроэнергию, получится 2,3 миллиона киловатт-часов. Этого достаточно, чтобы полностью обеспечить электроэнергией город из 92 000 домов в течение дня. Два ускорителя SRB в комплекте с двигателем RS-25 будут способны поднять почти 3000 тонн груза (это около 9 Боингов-747).
Испытания ускорителей SLS уже выдержала, первый старт намечен на конец 2018 года.
Боковой ускоритель МТКК Space Shuttle
Боковой ускоритель МТКК Space Shuttle — 14 00 тс тяги. Ускорители SLS мощнее, но они еще не летали, поэтому ускорители Space Shuttle пока удерживают титул самых мощных двигателей, побывавших в космосе. Им же принадлежит звание самой большой ракеты из тех, что построены для повторного использования.
Пара таких ускорителей поднимала Space Shuttle на 46 километров. Пролетев еще 20 километров по инерции, они отделяются от шаттла и падают в океан, где их подбирает специальное судно.
РД-170/171
Разработанные в КБ «Энергомаш» четырехкамерные жидкотопливные двигатели РД-170 и их последующие модификации — самые мощные двигатели, работающие на жидком топливе. Тяга в вакууме — 806,4 тс. Двигатель одной из его модификаций (РД-171М) оказался еще на 5% мощнее. С 1985 года РД-170 использовался для запуска ракеты «Зенит», а затем — «Зенит-3SL «.
F-1 Жидкостный ракетный двигатель F-1 был разработан и построен американской компанией Rocketdyne для ракеты-носителя Сатурн V. Чтобы поднять Сатурн, нужно было пять F-1/ Каждый создавал тягу в 790 тонн в вакууме, а все пять тратили 12 710 л топлива в секунду. До того, как были разработаны три предыдущих двигателя, оставался самым мощным ракетным двигателем в мире.
Замыкает пятерку самых мощных еще один американский ракетный двигатель на жидком топливе — UA1207 (7,116 т/с в вакууме. Его использовали для запуска ракет семейства Титан четвертого поколения; именно UA1207 вывел в стратосферу зонд Кассини, который затем продолжил путь к Сатурну.
В наше время вряд ли остался хоть один человек, не знающий о реактивных самолетах и не летавший на них. Но мало кому известно, какой тяжелый путь инженерам со всего мира пришлось пройти, чтобы достичь таких результатов. Еще меньше тех, кто точно знает, что представляют собой современные реактивные воздушные суда, как они работают. Реактивные самолеты – это усовершенствованные, мощнейшие пассажирские или военные суда, работающие посредством воздушно-реактивного двигателя. Главная особенность реактивного самолета – это его невероятная скорость, выгодно выделяющая двигательный механизм от устаревшего винтового.
На английском языке слово «реактивный» звучит как «jet». Услышав его, сразу появляются мысли, связанные с какой-либо реакцией, и это вовсе не окисление топлива, ведь такая система движения приемлема для автомобилей с карбюраторами. Что касается авиалайнеров и военных самолетов, то принцип их работы чем-то напоминает взлет ракеты: физическое тело реагирует на выбрасываемую мощную струю газа, в результате чего оно движется в противоположную сторону. Это и есть основной принцип работы реактивных самолетов. Также важную роль в работоспособности механизма, приводящего столь большую машину в движение, играют аэродинамические свойства, крыльевой профиль, разновидность двигателя (пульсирующий, прямоточный, жидкостный и т.д.), схема.
Первые попытки создания реактивного самолета
Поиск более мощного и скоростного двигателя для военных, а в дальнейшем и гражданских самолетов начался еще в далеком 1910 году. За основу были взяты ракетные исследования прошлых веков, где подробно рассказывалось о применении пороховых ускорителей, способных значительно сократить длину форсажа и разбега. Главным конструктором стал румынский инженер Анри Коанда, создавший летательный аппарат, работающий на основе поршневого двигателя.
Что же отличало первый реактивный самолет 1910 года от стандартных моделей тех времен? Главным отличием было наличие лопастного компрессора, отвечающего за приведение летательного аппарата в движение. Аэроплан «Coanda» был хоть и первой, но очень неудачной попыткой создать самолет с реактивным двигателем. В ходе дальнейших испытаний аппарат сгорел, что подтвердило неработоспособность конструкции.
Последующие изучения выявили возможные причины неудачи:
- Неудачное расположение двигателя. Из-за того, что он располагался в передней части конструкции, опасность жизни пилота была весьма велика, так как выхлопные газы попросту не дали бы человеку нормально дышать и вызвали бы удушье;
- Выделяющееся пламя попадало прямо на хвостовую часть аэроплана, что могло привести к возгоранию этой зоны, пожару и падению летательного аппарата.
Несмотря на полное фиаско, Анри Коанда утверждал, что именно ему принадлежат первые удачные задумки, касающиеся реактивного двигателя для самолетов. По факту же первые удачные модели были созданы непосредственно перед началом Второй Мировой Войны, в 30-40 годах XX века. Сделав работу над ошибками, инженеры из Германии, США, Англии, СССР создали летательные аппараты, которые никак не угрожали жизни пилота, а сама конструкция была выполнена из жаропрочной стали, благодаря чему корпус был надежно защищен от каких-либо разрушений.
Дополн ительная информация. Первооткрывателем реактивного двигателя по праву можно назвать инженера из Англии – Фрэнка Уитла, который предложил первые идеи и получил на них свой патент в конце XIX века.
Начало создания самолетов в СССР
Впервые о разработке реактивного движка в России заговорили в начале XX столетия. Теорию о создании мощных аэропланов, способных развить сверхзвуковую скорость выдвинул известный российский ученый К.Э. Циолковский. Воплотить эту задумку в жизнь удалось талантливому конструктору А.М Люльке. Именно он спроектировал первый советский реактивный самолет, работающий посредством турбореактивного движка.
Инженер поведал о том, что данная конструкция может развить невиданную для тех времен скорость до 900 км/ч. Несмотря на фантастичность предложения и неопытность молодого конструктора, инженеры СССР взялись за проект. Первый аэроплан был уже практически готов, но в 1941 году начались военные действия, вся команда конструкторов, в том числе и Архип Михайлович, были вынуждены начать работу над танковыми двигателями. Само же бюро со всеми авиационными наработками было вывезено вглубь СССР.
К счастью, А.М.Люлька был не единственным инженером, мечтавшим создать самолет с реактивным авиационным двигателем. Новые идеи о создании истребителя-перехватчика, полет которого обеспечивался бы жидкостным типом движка, предложили конструкторы А.Я.Березняк и А.М.Исаев, работающие в инженерском бюро имени Болховитинова. Проект был одобрен, поэтому разработчики вскоре стали работать над созданием истребителя «БИ-1», который, несмотря на войну, был построен. Первые испытания над ракетным истребителем начались 15 мая 1942 года, за его штурвалом был смелый и отважный летчик-испытатель Е.Я.Бахчиванджи. Тесты удались, но продолжались еще на протяжении последующего года. Продемонстрировав максимальную скорость в 800 км/ч, летательный аппарат стал неуправляемым и потерпел крушение. Произошло это в конце 1943 года. Пилоту выжить не удалось, а испытания были остановлены. В это время страны третьего рейха активно занимались наработками и подняли в воздух не одно воздушно-реактивное судно, поэтому СССР на воздушном фронте сильно проигрывал и оказался совсем неподготовленным.
Германия – страна первых реактивных аппаратов
Первые реактивные самолеты были разработаны немецкими инженерами. Создание проектов и производство проводились тайно на замаскированных заводах, расположенных в глубоких лесных чащах, поэтому такое открытие стало для мира, в некотором роде, неожиданностью. Гитлер мечтал стать мировым правителем, поэтому подключал лучших конструкторов Германии для создания мощнейшего оружия, в том числе и скоростных реактивных самолетов. Были, конечно, как провалы, так и удачные проекты.
Самым успешным из них стал первый немецкий реактивный самолет «Messer-schmitt Ме-262» (Мессершмит-262), который называли также «Штурмфогель».
Этот летательный аппарат стал первым в мире, который удачно прошел все испытания, свободно поднялся в воздух и начал после этого выпускаться серийно. Великий «сокрушитель врагов третьего рейха » имел следующие особенности:
- Аппарат имел два турбореактивных двигателя;
- В носовой части авиалайнера располагался радиолокатор;
- Максимальная скорость самолета достигала 900 км/час, при этом в инструкции указывалось, что доводить суда до таких скоростей крайне нежелательно, так как терялся контроль над управлением, и машина начинала совершать крутые пике в воздухе.
Благодаря всем этим показателям и конструктивным особенностям первый реактивный летательный аппарат «Мессершмит-262» выступал эффективным средством борьбы против самолетов союзников, высотными «Б-17», получившими прозвище «летающие крепости». Штурмофогели были более скоростными, поэтому вели «свободную охоту» на самолеты СССР, которые оснащались поршневыми движками.
Интересный факт. Адольф Гитлер был настолько фанатичен в своем желании всемирного господства, что собственными руками снизил эффективность самолета «Messer-schmitt Ме-262». Дело в том, что конструкция изначально проектировалась как истребитель, но по указанию правителя Германии , он был переоборудован в бомбардировщик, из-за этого мощность двигателя не была раскрыта в полной мере.
Такой ход действий совершенно не устраивал советские власти, поэтому они начали работать над созданием новых моделей самолетов, которые могли бы конкурировать с немецкими аппаратами. За работу принялись самые талантливые инженеры А.И.Микоян и П.О.Сухой. Основная задумка заключалась в добавлении дополнительного поршневого мотора К.В.Холщевникова, который придавал бы в нужный момент истребителю ускорение. Движок не был слишком мощным, поэтому работал не более 5 минут, из-за этого его функцией было – ускорение, а не постоянная работа на протяжении всего полета.
Новые творения российского самолетостроения не смогли помочь разрешению войны. Несмотря на это сверхмощные немецкие самолеты «Ме-262» не помогли Гитлеру обернуть ход военных событий в свою пользу. Советские летчики продемонстрировали свое мастерство и победу над врагом даже с обычными поршневыми судами. В послевоенное время российскими конструкторами были созданы следующие реактивные самолеты СССР , ставшие в дальнейшем прототипами современных авиалайнеров:
- «И-250», более известный как легендарный «МиГ-13», – истребитель, над которым работал А.И.Микоян. Первый полет был совершен в марте 1945 года, на тот момент машина показала рекордный скоростной показатель, достигший 820 км/час;
- Немного позднее, а именно в апреле 1945 года, впервые в небо поднялся реактивный самолет, поднимающийся и поддерживающий полет за счет воздушно-реактивного мотокомпрессорного и поршневого двигателя, который располагался в хвостовой части конструкции, П.О.Сухого «Су-5». Показатели скорости были не ниже, чем у его предшественника и превышали 800 км/час;
- Новаторством инженерии и самолетостроения 1945 года стал жидко-реактивный мотор «РД-1». Впервые он был применен в модели самолета конструктора П.О.Сухого – «Су-7», который был оснащен также и поршневым двигателем, выполняющим основную толкательную, движущую функцию. Испытателем нового летательного аппарата стал Г.Комаров. При первом испытании удалось отметить, что дополнительный мотор увеличивал средний скоростной показатель на 115 км/час – это было большим достижением. Несмотря на хороший результат, двигатель «РД-1» стал настоящей проблемой для советских авиастроителей. Аналогичные самолеты, оснащенные данной моделью жидко-реактивного движка, – «ЯК-3» и «Ла-7Р», над которыми работали инженеры С.А.Лавочкин и А.С.Яковлев, потерпели крушения во время испытания из-за постоянно выходящего из строя мотора;
- После окончания войны и поражения фашистской Германии Советскому Союзу в качестве трофеев достались немецкие самолеты с реактивными двигателями «JUMO-004» и «BMW-003». Тогда конструкторы поняли, что действительно находились на несколько шагов позади. Среди инженеров моторы получили название «РД-10» и «РД-20», на их основе создавались первые авиационные реактивные двигатели, над которыми работали А.М.Люлька, А.А.Микулин, В.Я.Климов. В это же время П.О.Сухой занимался разработкой мощного двухмоторного самолета, укомплектованного двумя моторами типа «РД-10», располагающимися прямо под крыльями летательного аппарата. Реактивный истребитель-перехватчик получил название «СУ-9». Недостатком такого расположения моторов можно считать сильное лобовое сопротивление при полете. К преимуществам – отличный доступ к движкам, благодаря чему можно было запросто подобраться к механизму и починить поломку. Конструктивной особенностью данной модели самолета являлось наличие стартовых пороховых ускорителей для взлета, тормозных парашютов для посадки, управляемых ракет типа «водзух-воздух» и бустера-усилителя, облегчающего процесс управления и увеличивающего маневренность аппарата. Первый полет «Су-9» был осуществлен в ноябре 1946 года, но к серийному производству дело так и не подошло;
- В апреле 1946 года проходил воздушный парад в городе Тушино. На нем были представлены новые летательные аппараты от авиационных конструкторских бюро Микояна и Яковлева. Реактивные самолеты «МиГ-9» и «Як-15» сразу же были запущены в серию.
Фактически, Сухой «проиграл» конкурентам. Хотя, проигрышем это назвать тяжело, ведь его модель истребителя была признана, а за это время он смог практически закончить работу над новым, более современным проектом – «СУ-11», который стал настоящей легендой истории самолетостроения и прототипом мощных авиалайнеров современности.
Интересный ф акт. На самом деле, реактивный самолет «СУ-9» тяжело было назвать простым истребителем. Конструкторы между собой прозвали его «тяжелым», потому что пушечное и бомбовое вооружение летательного аппарата было на довольно высоком уровне. Принято считать, что именно «СУ-9» был прототипом современных истребителей-бомбардировщиков. За все время было изготовлено приблизительно 1100 единиц техники, при этом она не экспортировалась. Не раз легендарный «Сухой Девятый» использовался для перехвата в воздухе разведывател ьных самолетов. Впервые это произошло в 1960 году, когда в воздушное пространство СССР ворвались аэропланы « LockheedU -2».
Первые мировые прототипы
Разработкой, тестированием новых авиалайнеров и их производством занимались не только немцы и советские конструкторы. Инженерами США, Италии, Японии, Великобритании также было создано немало успешных проектов, о которых нельзя не упомянуть. К числу первых наработок с различными типами двигателей можно отнести:
- «Не-178» – немецкий самолет с турбореактивной силовой установкой, поднявшийся в воздух в августе 1939 года;
- «GlosterE. 28/39» – летательный аппарат родом из Великобритании с мотором турбореактивного типа, впервые поднялся в небо в 1941 году;
- «Не-176» – истребитель, созданный в Германии с применением ракетного двигателя, осуществил свой первый полет в июле 1939 года;
- «БИ-2» – первый советский летательный аппарат, который приводился в движение посредством ракетной силовой установки;
- «CampiniN.1» – реактивный самолет, созданный в Италии, ставший первой попыткой итальянских конструкторов отойти от поршневого аналога. Но в механизме что-то пошло не так, поэтому лайнер не мог похвастаться большой скоростью (всего лишь 375 км/час). Запуск был произведен в августе 1940 года;
- «Ока» с мотором Tsu-11 – японский истребитель-бомба, так называемый одноразовый летательный аппарат с пилотом-камикадзе на борту;
- «BellP-59» – американский авиалайнер с двумя реактивными двигателями ракетного типа. Производство стало серийным после первого полета в воздухе 1942 года и долгих испытаний;
- «GlosterMeteor» – воздушно-реактивный истребитель, изготовленный в Великобритании в 1943 году; сыграл значительную роль во время Второй Мировой Войны, а после ее окончания выполнял задачу перехватчика немецких крылатых ракет Фау-1;
- «LockheedF-80» – реактивный летательный аппарат, произведенный в США с использованием мотора типа AllisonJ Эти самолеты не раз участвовали в Японско-Корейской войне;
- «B-45 Tornado» – прототип современных американских бомбардировщиков «B-52», созданный в 1947 году;
- «МиГ-15» – последователь признанного реактивного истребителя «МиГ-9», который активно участвовал в военном конфликте Кореи, был произведен в декабре 1947 г.;
- «Ту-144» – первый советский сверхзвуковой воздушно-реактивный пассажирский самолет, который прославился серией катастроф и был снят с производства. Всего было выпущено 16 экземпляров.
Этот список можно продолжать бесконечно, с каждым годом авиалайнеры совершенствуются, ведь конструкторы со всего мира работают над тем, чтобы создавать летательные аппараты нового поколения, способные летать со скоростью звука.
Несколько интересных фактов
Сейчас существуют лайнеры, способные вмещать в себе большое количество пассажиров и грузов, обладающие огромными размерами и невообразимой скоростью свыше 3000 км/час, оборудованные современной боевой экипировкой. Но есть несколько поистине удивительных конструкций; в число реактив ных самолетов-рекордсменов входят:
- «AirbusA380» – самый вместительный аппарат, способный принять на своем борту 853 пассажира, что обеспечено двухпалубной конструкцией. Он же по совместительству один из роскошнейших и дорогостоящих авиалайнеров современности. Авиакомпания «Emirates Airline» предлагает клиентам многочисленные удобства, здесь есть турецкая баня, VIP-апартаменты и каюты, спальные комнаты, бары и лифт. Но такие опции есть не во всех аппаратах, все зависит от авиакомпании.
- «Boeing 747» – более 35 лет считался наиболее пассажировместительным двухэтажным лайнером и мог расположить 524 пассажира;
- «АН-225 Мрия» – грузовой летательный аппарат, который может похвастаться грузоподъемностью в 250 тонн;
- «LockheedSR-71» – реактивный самолет, достигающий во время полета скорости 3529 км/час.
Видео
Благодаря современным инновационным разработкам пассажиры могут добраться из одной точки света в другую всего за несколько часов, быстро доставляются хрупкие грузы, требующие оперативной транспортировки, обеспечивается надежная военная база. Авиационные исследования не стоят на месте, потому как реактивные самолеты – это основа стремительно развивающейся современной авиации. Сейчас проектируется несколько западных и российских пилотируемых, пассажирских, беспилотных авиалайнеров с реактивными двигателями, выпуск которых запланирован на ближайшие несколько лет. К российским инновационным разработкам будущего можно отнести истребитель 5-го поколения ПАК ФА «Т-50», первые экземпляры которого поступят в войска предположительно в конце 2017 или начале 2018 года после испытания нового реактивного двигателя.
December 10th, 2012
Продолжая цикл статей (лишь потому что мне нужен еще один реферат, теперь по предмету "двигатели") - статья о весьма перспективном и многообещающем проекте двигателя SABRE. В общем то о нем и в рунете немало написано, но по большей части весьма сумбурные заметки и дифирамбы на сайтах новостных агентств, а вот статья на английской википедии мне весьма глянулась, они вообще, приятно богаты деталями и подробностями - статьи на английской википедии.
Так что в основу сего поста (и моего будущего реферата) легла именно статься, в оригинале лежащая по адресу: http://en.wikipedia.org/wiki/SABRE_(rocket_engine) , так же было немного добавлено отсебятины и пояснений, и собран по просторам инета иллюстративный материал (вот чем чем, а богатством картинок статьи на википедии не отличаются)
Ниже следует
SABRE (Synergistic Air-Breathing Rocket Engine) – Синергичный воздушно-реактивный ракетный двигатель – концепт, разрабатываемый компанией Reaction Engines Limited, гиперзвуковой гибридный воздушно реактивный/ракетный двигатель с предварительным охлаждением. Двигатель разрабатывается для обеспечения возможности одноступенчатого выхода на орбиту для аэрокосмической системы Skylon. SABRE представляет собой эволюционное развитие серии LACE и LACE-подобных двигателей, разрабатывавшихся Аланом Бондом в начале/середине 1980 в рамках проекта HOTOL.
Конструктивно это один двигатель с комбинированным рабочим циклом, имеющий два режима работы. В воздушно-реактивном режиме сочетается турбокомпрессор с легким теплообменником-охладителем, расположенным непосредственно за конусом воздухозаборника. На высокой скорости теплообменник охлаждает горячий, сжатый воздухозаборником воздух, что в позволяет обеспечить необычайно высокую степень сжатия в двигателе. Сжатый воздух далее подается в камеру сгорания, как у обычного ракетного двигателя, где он обеспечивает воспламенение жидкого водорода. Низкая температура воздуха позволяет использовать легкие сплавы и снизить общий вес двигателя – что весьма критично для выхода на орбиту. Добавим, что в отличии от LACE концептов, предшествувавших этому двигателю, SABRE не сжижает воздух, что дает большую эффективность.
Рис.1. Аэрокосмический ЛА Skylon и двигатель SABRE
После закрытия конуса воздухозаборника на скорости М = 5,14 и высоте 28,5 км, система продолжает работать в закрытом цикле высокопроизводительного ракетного двигателя, потребляющего жидкий кислород и жидкий водород с находящихся на борту баков, позволяя Skylon достичь орбитальной скорости после выхода из атмосферы в крутом наборе высоты.
Так же, на основе двигателя SABRE, был разработан воздушно-реактивный, называемый Scimitar, для перспективного гиперзвукового пассажирского авиалайнера А2, разрабатываемого в рамках программы LAPCAT, финансированной Европейским Союзом.
В ноябре 2012 компания Reaction Engines объявила о успешном завершении серии испытаний, которые подтверждают работоспособность системы охлаждения двигателя – одного из главных препятствий на пути к завершению проекта. Европейское космическое агенство (ESA) так же оценило теплообменник-охладитель двигателя SABRE, и подтвердило наличие технологий, необходимых для воплощения двигателя в металле.
Рис.2. Модель двигателя SABRE
История
Идея двигателя с предварительным охлаждением впервые возникла у Роберта Кармайкла в 1955 году. За этим следовала идея двигателя с сжижением воздуха (LACE), первоначально изучалась Marquardt и General Dynamics в 1960х годах, как часть работ US Air Force по проекту Aerospaceplane.
LACE система располагается непосредственно за сверхзвуковым воздухозаборником – таким образом сжатый воздух попадает сразу в теплообменник где моментально охлаждается с использование некоторого количества жидкого водорода, хранящегося на борту в качестве топлива. Полученный жидкий воздух затем обрабатывается, для извлечения жидкого кислорода, который поступает в двигатель. Однако количество прошедшего через теплообменник и нагретого водорода, значительно больше, чем может быть сожжено в двигателе, и его избыток просто сливается за борт (тем не менее он тоже дает некоторый прирост тяги).
В 1989 года, когда финансирование проекта HOTOL было прекращено, Бонд и другие специалисты образуют компанию Reaction Engines Limited для продолжения исследования. Теплообменник двигателя RB545 (который предполагалось использовать в проекте HOTOL) имел некоторые проблемы с хрупкостью конструкции, а так же относительно высоким расходом жидкого водорода. Так же его использование было невозможно – патент на двигатель принадлежал компании Rolls Royce, и самый существенный аргумент – двигатель был объявлен совершенно секретным. По этому Бонд пошел на разработку нового двигателя SABRE, развивая идеи, заложенные в предыдущий проект.
По состоянию на ноябрь 2012 года, было завершено тестирование оборудования в рамках темы «Технология теплообменника, критичная для гибридного ракетного двигателя, питаемого воздухом и жидким кислородом». Это был важный этап в процессе разработки SABRE, который продемонстрировал потенциальным инвесторам жизнеспособность технологии. Двигатель основан на теплообменнике, способном охладить поступающий воздух до -150°C (-238°F). Охлажденный воздух смешивается с жидким водородом и сгорая, обеспечивает тягу для атмосферного полета, перед переключением на жидкий кислород из баков, при полете вне атмосферы. Успешные испытания этой, столь критической технологи, подтвердили что теплообменник может обеспечить потребности двигателя в получении достаточного количества кислорода из атмосферы для работы с высокой эффективностью в условиях низко-высотного полета.
На авиашоу Фарнборо 2012 Дэвид Уиллетс, являющийся министром по делам университетов и науки Объединенного королевства, выступил по этому поводу с речью. В частности, он сказал, что данный двигатель, разработчиком которого является компания Reaction Engines, реально может повлиять на условия игры, действующие в космической отрасли. Успешно завершившиеся испытания системы предварительного охлаждения являются подтверждением высокой оценки концепции двигателя, которую сделало Космическое агентство Великобритании в 2010 году. Министр также добавил, что если однажды им удастся использовать данную технологию для осуществления собственных полетов коммерческого назначения, то это, несомненно, будет фантастическим по своему масштабу достижением.
Министр также отметил, что существует маленькая вероятность того, что Европейское космическое агентство согласится финансировать Skylon, поэтому Великобритания должна быть готова заниматься строительством космолета по большей части на свои средства.
Рис.3. Аэрокосмический ЛА Skylon - компоновка
Следующий этап программы SABRE предусматривает наземные испытания масштабной модели двигателя, способной продемонстрировать полный цикл. ESA выразило уверенность в успешной постройке демонстратора и заявило о том, что он будет представлять собой «важную веху в развитии этой программы и прорыв в вопросе двигательных установок по всему миру»
Конструкция
Рис.4. Компоновка двигателя SABRE
Подобно RB545, конструкция SABRE скорее ближе к традиционному ракетному двигателю, чем к воздушно реактивному. Гибридный Воздушно-реактивный/Ракетный двигатель с предварительным охлаждением использует жидкое водородное топливо в сочетании с окислителем, поставляемым либо в виде газообразного воздуха с помощью компрессора, либо в виде жидкого кислорода, поставляемого из топливных баков с помощью турбонасоса.
В передней части двигателя расположен простой осесимметричный воздухозаборник в виде конуса, который тормозит воздух до дозвуковых скоростей, используя всего два отраженных скачка уплотнения.
Часть воздуха через теплообменник в центральную часть двигателя, а оставшийся проходит через кольцевой канал в второй контур, представляющий собой обычный ПВРД. Центральная часть, расположенная за теплообменником, представляет собой турбокомпрессор, приводящийся в движение газообразным гелием, циркулирующим по замкнутому каналу цикла Брайтона. Сжатый компрессором воздух поступает под высоким давлением в четыре камеры сгорания ракетного двигателя комбинированного цикла.
Рис.5. Упрощенный цикл работы двигателя SABRE
Теплообменник
Поступающий в двигатель на сверх/гиперзвуковых скоростях воздух становится очень горячим после торможения и сжатия в воздухозаборнике. С высокими температурами в реактивных двигателях традиционно справлялись используя тяжелые сплавы на основе меди или никеля, за счет снижения степени сжатия компрессора, а так же снижением оборотов, во избежание перегрева и плавления конструкции. Однако для одноступенчатого КА такие тяжелые материалы неприменимы, и необходима максимально возможная тяга, для выхода на орбиту в кратчайшее время, чтобы минимизировать тяжесть потерь.
При использовании газообразного гелия в качестве теплоносителя, воздух в теплообменнике существенно охлаждается от 1000°C до -150°C, при этом избегая сжижения воздуха или конденсации водяного пара на стенках теплообменника.
Рис.6. Модель одно из модулей теплообменника
Предыдущие версии теплообменника, например применяемые в проекте HOTOL пропускали водородное топливо непосредственно через теплообменник, но использование гелия как промежуточного контура между воздухом и холодным топливом сняло проблему водородной хрупкости конструкции теплообменника. Однако резкое охлаждение воздуха сулит определенные проблемы – необходимо предотвратить блокировку теплообменника замороженным водяным паром и иными фракциями. В ноябре 2012 года был продемонстрирован образец теплообменника, способный охладить атмосферный воздух до -150°C за 0,01 с.
Одной из инноваций теплообменника SABRE служит спиральное размещение трубок с халагентом, что значительно обещает поднять его эффективность.
Рис.7. Опытный образец теплообменника SABRE
Компрессор
На скорости М=5 и высоте 25 километров, что составляет 20% орбитальной скорости и высоты, необходимой для выхода на орбиту, охлажденный в теплообменнике воздух попадает в весьма обыкновенный турбокомпрессор, конструктивно подобный используемым в обычных турбореактивных двигателях, но обеспечивающий необычайно высокую степень сжатия, благодаря крайне низкой температуре входящего воздуха. Это позволяет сжать воздух до 140 атмосфер перед подачей в камеры сгорания основного двигателя. В отличии от турбореактивных двигателей, турбокомпрессор приводится в действие турбиной, расположенной в гелиевом контуре, а не от действия продуктов сгорания, как в обычных турбореактивных двигателей. Таким образом турбокомпрессор работает на тепле, полученным гелем в теплообменнике.
Гелиевый цикл
Тепло переходит от воздуха к гелию. Горячий гелий из теплообменника «гелий-воздух» охлаждается в теплообменнике «гелий-водород», отдавая тепло жидкому водородному топливу. Контур, в котором циркулирует гелий, работает согласно циклу Брайтона, как охлаждая двигатель в критических местах, так и для привода энергетических турбин и многочисленных агрегатов двигателя. Остаток тепловой энергии используется для испарения части водорода, который сжигается в внешнем, прямоточном контуре.
Глушитель
Для охлаждения гелия, его прокачивают через бак с азотом. В настоящее время для тестов используется не жидкий азот а вода, которая испаряется, понижая температуру гелия и глушит шум от выхлопных газов.
Двигатель
Благодаря тому, что гибридный ракетный двигатель обладает далеко не нулевой статической тягой, летательный аппарат может взлететь в обычном, воздушно-реактивном режиме, без посторонней помощи, подобно оснащенным обычными турбореактивными двигателями. При наборе высоты и падении атмосферного давления, все больше и больше воздуха направляется в компрессор, а эффективность сжатия в воздухозаборнике только снижается. В этом режиме реактивный двигатель может работать на намного большей высоте, чем это было возможно в обычном случае.
При достижении скорости М=5.5 воздушнореактивный двигатель становится не эффективным и отключается, и теперь в ракетный двигатель поступает хранящийся на борту жидкий кислород и жидкий водород, так вплоть до достижения орбитальной скорости (соизмеримо с М=25). Турбонасосные агрегаты приводятся тем же гелиевым контуром, который теперь получает тепло в специальных «предварительных камерах сгорания».
Необычное конструкционное решение системы охлаждения камер сгорания - в качестве охлаждающего вещества используется окислитель (воздух/жидкий кислород) вместо жидкого водорода, во избежание перерасхода водорода и нарушения стехиометрического соотношения (соотношение топлива к окислителю).
Второй существенный момент – реактивное сопло. Эффективность работы реактивного сопла зависит от его геометрии и атмосферного давления. В то время как геометрия сопла остается неизменной, давление существенно изменяется с высотой, следовательно сопла, высокоэффективные в нижних слоях атмосферы, существенно теряют свою эффективность с достижением больших высот.
В традиционных, многоступенчатых системах, это преодолевается простым использованием разной геометрии, для каждой ступени и соответствующего этапа полета. Но в одноступенчатой системе мы все время используем одно и то же сопло.
Рис.8. Сравнение работы различных реактивных сопел в атмосфере и вакууме
Как выход планируется использование специального Expansion-Deflection (ED nozzle) – регулируемого реактивного сопла разрабатываемого в рамках проекта STERN , которое состоит из традиционного колокола (правда сравнительно короче обычного), и регулируемого центрального тела, которое отклоняет поток газа к стенкам. Изменяя положение центрального тела, можно добиться того что выхлоп не займет всю площадь донного среза, а лишь кольцеобразный участок, регулируя занимаемую им площадь соответственно атмосферному давлению.
Так же, в многокамерном двигателе, можно регулировать вектор тяги, изменяя площадь сечения, а следовательно и вклад в общую тягу, каждой камеры.
Рис.9. Реактивное сопло Expansion-Deflection (ED nozzle)
Прямоточный контур
Отказ от сжижения воздуха поднял эффективность работы двигателя, снизив затраты теплоносителя путем снижения энтропии. Однако даже простое охлаждение воздуха требует больше водорода, чем может быть сожжено в первом контуре двигателя.
Избыток водорода сливается за борт, но не просто так, а сжигается в ряде камер сгорания, которые расположены в внешнем кольцевом воздушном канале, образующем прямоточную часть двигателя, в которую поступает воздух, пошедший в обход теплообменника. Второй, прямоточный контур снижает потери вследствие сопротивления воздуха, не попавшего в теплообменник, и так же дает некоторую часть тяги.
На низких скоростях в обход теплообменника/компрессора идет очень большое количество воздуха, а с ростом скорости, для сохранения эффективности большая часть воздуха наоборот, попадает в компрессор.
Это отличает систему от турбопрямоточного двигателя, где все обстоит с точностью до наоборот – на малых скоростях большие массы воздуха идут через компрессор, а на больших – в его обход, через прямоточный контур, который становится настолько эффективным, что берет на себя ведущую роль.
Производительность
Расчетная тяговооруженность SABRE предполагается свыше 14 единиц, при этом тяговооруженность обычных реактивных двигателей лежит в пределах 5, и всего лишь 2 для сверхзвуковых прямоточных двигателей. Столь высокая производительность получена благодаря использованию сверхохлажденного воздуха, который становится весьма плотным и требует меньшего сжатия, и, что более существенно, благодаря низким рабочим температурам стало возможным использовать легкие сплавы для большей части конструкции двигателя. Общая производительность обещает быть выше, чем в случае RB545 или сверхзвуковых прямоточных двигателей.
Двигатель имеет высокий удельный импульс в атмосфере, который достигает 3500 сек. Для сравнения обычный ракетный двигатель имеет удельный импульс в лучшем случае около 450, и даже перспективный «тепловой» ядерный ракетный двигатель обещает достичь лишь величины 900 сек.
Комбинация высокой топливной эффективности и низкой массы двигателя дает Skylon возможность достичь орбиты в одноступенчатом режиме, при этом работая как воздушно-реактивный до скорости М=5,14 и высоты 28,5 км. При этом аэрокосмический аппарат достигнет орбиты с большой полезной нагрузкой относительно взлетного веса, какая не могла быть ранее достигнутой ни одним, неядерным транспортным средством.
Подобно RB545, идея предварительного охлаждения увеличивает массу и сложность системы, что в обычных условиях служит антитезисом принципу конструирования ракетных систем. Также теплообменник очень агрессивная и сложная часть конструкции двигателя SABRE. Правда следует отметить что масса этого теплообменника предполагается на порядок ниже существующих образцов, и эксперименты показали что это может быть достигнуто. Экспериментальный теплообменник добился теплообмена почти в 1 ГВт/м2, что считается мировым рекордом. Небольшие модули будущего теплообменника уже изготовлены.
Потери от дополнительного веса системы компенсируются в закрытом цикле (теплообменник-турбокомпрессор) также как дополнительный вес крыльев Skylon увеличивая общий вес системы, так же способствуют общему увеличению эффективности больше, чем снижению ее. Это большей частью компенсируется разными траекториями полета. Обычные ракеты-носители стартуют вертикально, с крайне низкими скоростями (если говорить о тангенциальной а не нормальной скорости), этот, на первый взгляд неэффективных ход, позволяет быстрей пронзить атмосферу и набирать тангенциальную скорость уже в безвоздушной среде, не теряя скорость на трении о воздух.
В то же время большая топливная эффективность двигателя SABRE позволяют очень пологий подъем (при котором растет больше тангенциальная, чем нормальная составляющая скорости), воздух скорее способствует чем тормозит систему (окислитель и рабочее тело для двигателя, подъемная сила для крыльев), дает в итоге намного меньший расход топлива для достижения орбитальной скорости.
Некоторые характеристики
Тяга в пустоте – 2940 кН
Тяга на уровне моря – 1960 кН
Тяговоруженность (двигателя) – около 14 (в атмосфере)
Удельный импульс в вакууме – 460 сек
Удельный импульс на уровне моря – 3600 сек
Преимущества
В отличии от традиционных ракетных двигателей, и подобно иным типам воздушно-реактивных двигателей, гибридный реактивный двигатель может использовать воздух, для сжигания топлива, снижая необходимый вес ракетного топлива, и тем увеличивая вес полезной нагрузки.
ПВРД и ГПВРД должны провести большое количество времени в нижних слоях атмосферы, чтобы достичь скорости, достаточной для выхода на орбиту, что выводит на передний план проблему интенсивного нагрева на гиперзвуке, а так же потери в следствии значительно веса и сложности теплозащиты.
Гибридный реактивный двигатель подобный SABRE нуждается только в достижении низкой гиперзвуковой скорости (напомним: гиперзвук – все что после М=5, следовательно М = 5,14 это самое начало гиперзвукового диапазона скоростей) в нижних слоях атмосферы, перед переходом на закрытый цикл работы и крутом подъеме с набором скорости в ракетном режиме.
В отличии от ПВРД или ГПВРД, SABRE способен обеспечить высокую тягу от нулевой скорости и до М=5,14, от земли и до больших высот, с высокой эффективностью во всем диапазоне. Кроме того, возможность создания тяги при нулевой скорости означает возможность испытаний двигателя на земле, что значительно сокращает стоимость разработки.
Так же вашему вниманию предлагается некоторое число ссылок
Ракетные двигатели - одна из вершин технического прогресса. Работающие на пределе материалы, сотни атмосфер, тысячи градусов и сотни тонн тяги - это не может не восхищать. Но разных двигателей много, какие же из них самые лучшие? Чьи инженеры поднимутся на пьедестал почета? Пришло, наконец, время со всей прямотой ответить на этот вопрос.
К сожалению, по внешнему виду двигателя нельзя сказать, насколько он замечательный. Приходится закапываться в скучные цифры характеристик каждого двигателя. Но их много, какую выбрать?
Мощнее
Ну, наверное, чем мощнее двигатель, тем он лучше? Больше ракета, больше грузоподъемность, быстрее начинает двигаться освоение космоса, разве не так? Но если мы посмотрим на лидера в этой области, нас ждет некоторое разочарование. Самая большая тяга из всех двигателей, 1400 тонн, у бокового ускорителя Спейс Шаттла.
Несмотря на всю мощь, твердотопливные ускорители сложно назвать символом технического прогресса, потому что конструктивно они являются всего лишь стальным (или композитным, но это неважно) цилиндром с топливом. Во-вторых, эти ускорители вымерли вместе с шаттлами в 2011 году, что подрывает впечатление их успешности. Да, те, кто следят за новостями о новой американской сверхтяжелой ракете SLS скажут мне, что для нее разрабатываются новые твердотопливные ускорители, тяга которых составит уже 1600 тонн, но, во-первых, полетит эта ракета еще не скоро, не раньше конца 2018 года. А во-вторых, концепция «возьмем больше сегментов с топливом, чтобы тяга была еще больше» является экстенсивным путем развития, при желании, можно поставить еще больше сегментов и получить еще большую тягу, предел тут пока не достигнут, и незаметно, чтобы этот путь вел к техническому совершенству.
Второе место по тяге держит отечественный жидкостной двигатель РД-171М - 793 тонны.
Четыре камеры сгорания - это один двигатель. И человек для масштаба
Казалось бы - вот он, наш герой. Но, если это лучший двигатель, где его успех? Ладно, ракета «Энергия» погибла под обломками развалившегося Советского Союза, а «Зенит» прикончила политика отношений России и Украины. Но почему США покупают у нас не этот замечательный двигатель, а вдвое меньший РД-180? Почему РД-180, начинавшийся как «половинка» РД-170, сейчас выдает больше, чем половину тяги РД-170 - целых 416 тонн? Странно. Непонятно.
Третье и четвертое места по тяге занимают двигатели с ракет, которые больше не летают. Твердотопливному UA1207 (714 тонн), стоявшему на Титане IV, и звезде лунной программы двигателю F-1 (679 тонн) почему-то не помогли дожить до сегодняшнего дня выдающиеся показатели по мощности. Может быть, какой-нибудь другой параметр важнее?
Эффективнее
Какой показатель определяет эффективность двигателя? Если ракетный двигатель сжигает топливо, чтобы разгонять ракету, то, чем эффективнее он это делает, тем меньше топлива нам нужно потратить для того, чтобы долететь до орбиты/Луны/Марса/Альфы Центавра. В баллистике для оценки такой эффективности есть специальный параметр - удельный импульс.Удельный импульс показывает, сколько секунд двигатель может развивать тягу в 1 Ньютон на одном килограмме топлива
Рекордсмены по тяге оказываются, в лучшем случае, в середине списка, если отсортировать его по удельному импульсу, а F-1 с твердотопливными ускорителями оказываются глубоко в хвосте. Казалось бы, вот она, важнейшая характеристика. Но посмотрим на лидеров списка. С показателем 9620 секунд на первом месте располагается малоизвестный электрореактивный двигатель HiPEP
Это не пожар в микроволновке, а настоящий ракетный двигатель. Правда, микроволновка ему все-таки приходится очень отдаленным родственником...
Двигатель HiPEP разрабатывался для закрытого проекта зонда для исследования лун Юпитера, и работы по нему были остановлены в 2005 году. На испытаниях прототип двигателя, как говорит официальный отчет NASA, развил удельный импульс 9620 секунд, потребляя 40 кВт энергии.
Второе и третье места занимают еще не летавшие электрореактивные двигатели VASIMR (5000 секунд) и NEXT (4100 секунд), показавшие свои характеристики на испытательных стендах. А летавшие в космос двигатели (например, серия отечественных двигателей СПД от ОКБ «Факел») имеют показатели до 3000 секунд.
Двигатели серии СПД. Кто сказал «классные колонки с подсветкой»?
Почему же эти двигатели еще не вытеснили все остальные? Ответ прост, если мы посмотрим на другие их параметры. Тяга электрореактивных двигателей измеряется, увы, в граммах, а в атмосфере они вообще не могут работать. Поэтому собрать на таких двигателях сверхэффективную ракету-носитель не получится. А в космосе они требуют киловатты энергии, что не всякие спутники могут себе позволить. Поэтому электрореактивные двигатели используются, в основном, только на межпланетных станциях и геостационарных коммуникационных спутниках.
Ну, хорошо, скажет читатель, отбросим электрореактивные двигатели. Кто будет рекордсменом по удельному импульсу среди химических двигателей?
С показателем 462 секунды в лидерах среди химических двигателей окажутся отечественный КВД1 и американский RL-10. И если КВД1 летал всего шесть раз в составе индийской ракеты GSLV, то RL-10 - успешный и уважаемый двигатель для верхних ступеней и разгонных блоков, прекрасно работающий уже много лет. В теории, можно собрать ракету-носитель целиком из таких двигателей, но тяга одного двигателя в 11 тонн означает, что на первую и вторую ступень их придется ставить десятками, и желающих так делать нет.
Можно ли совместить большую тягу и высокий удельный импульс? Химические двигатели уперлись в законы нашего мира (ну не горит водород с кислородом с удельным импульсом больше ~460, физика запрещает). Были проекты атомных двигателей ( , ), но дальше проектов это пока не ушло. Но, в целом, если человечество сможет скрестить высокую тягу с высоким удельным импульсом, это сделает космос доступней. Есть ли еще показатели, по которым можно оценить двигатель?
Напряженней
Ракетный двигатель выбрасывает массу (продукты сгорания или рабочее тело), создавая тягу. Чем больше давление давление в камере сгорания, тем больше тяга и, главным образом в атмосфере, удельный импульс. Двигатель с более высоким давлением в камере сгорания будет эффективнее двигателя с низким давлением на том же топливе. И если мы отсортируем список двигателей по давлению в камере сгорания, то пьедестал будет оккупирован Россией/СССР - в нашей конструкторской школе всячески старались делать эффективные двигатели с высокими параметрами. Первые три места занимает семейство кислородно-керосиновых двигателей на базе РД-170: РД-191 (259 атм), РД-180 (258 атм), РД-171М (246 атм).
Камера сгорания РД-180 в музее. Обратите внимание на количество шпилек, удерживающих крышку камеры сгорания, и расстояние между ними. Хорошо видно, как тяжело удержать стремящиеся сорвать крышку 258 атмосфер давления
Четвертое место у советского РД-0120 (216 атм), который держит первенство среди водородно-кислородных двигателей и летал два раза на РН «Энергия». Пятое место тоже у нашего двигателя - РД-264 на топливной паре несимметричный диметилгидразин/азотный тетраоксид на РН «Днепр» работает с давлением в 207 атм. И только на шестом месте будет американский двигатель Спейс Шаттла RS-25 с двумястами тремя атмосферами.
Надежней
Каким бы ни был многообещающим по характеристикам двигатель, если он взрывается через раз, пользы от него немного. Сравнительно недавно, например, компания Orbital была вынуждена отказаться от использования хранившихся десятилетиями двигателей НК-33 с очень высокими характеристиками, потому что авария на испытательном стенде и феерический по красоте ночной взрыв двигателя на РН Antares поставили под сомнение целесообразность использования этих двигателей дальше. Теперь Antares будут пересаживать на российский же РД-181.
Большая фотография по ссылке
Верно и обратное - двигатель, который не отличается выдающимися значениями тяги или удельного импульса, но надежен, будет популярен. Чем длиннее история использования двигателя, тем больше статистика, и тем больше багов в нем успели отловить на уже случившихся авариях. Двигатели РД-107/108, стоящие на «Союзе», ведут свою родословную от тех самых двигателей, которые запускали первый спутник и Гагарина, и, несмотря на модернизации, имеют достаточно невысокие на сегодняшний день параметры. Но высочайшая надежность во многом окупает это.
Доступней
Двигатель, который ты не можешь построить или купить, не имеет для тебя никакой ценности. Этот параметр не выразить в числах, но он не становится от этого менее важным. Частные компании часто не могут купить готовые двигатели задорого, и вынуждены делать свои, пусть и попроще. Несмотря на то, что те не блещут характеристиками, это лучшие двигатели для их разработчиков. Например, давление в камере сгорания двигателя Merlin-1D компании SpaceX составляет всего 95 атмосфер, рубеж, который инженеры СССР перешли в 1960-х, а США - в 1980-х. Но Маск может делать эти двигатели на своих производственных мощностях и получать по себестоимости в нужных количествах, десятками в год, и это круто.
Двигатель Merlin-1D. Выхлоп из газогенератора как на «Атласах» шестьдесят лет назад, зато доступно
TWR
Раз уж зашла речь о спейсэксовских «Мерлинах», нельзя не упомянуть характеристику, которую всячески форсили пиарщики и фанаты SpaceX - тяговооруженность. Тяговооруженность (она же удельная тяга или TWR) - это отношение тяги двигателя к его весу. По этому параметру двигатели Merlin с большим отрывом впереди, у них он выше 150. На сайте SpaceX пишут, что это делает двигатель «самым эффективным из всех когда-либо построенных», и эта информация разносится пиарщиками и фанатами по другим ресурсам. В английской Википедии даже шла тихая война, когда этот параметр запихивался, куда только можно, что привело к тому, что в таблице сравнения двигателей этот столбец вообще убрали. Увы, в таком заявлении гораздо больше пиара, нежели правды. В чистом виде тяговооруженность двигателя можно получить только на стенде, а при старте настоящей ракеты двигатели будут составлять меньше процента от ее массы, и разница в массе двигателей ни на что не повлияет. Несмотря на то, что двигатель с высоким TWR будет более технологичным, чем с низким, это скорее мера технической простоты и ненапряженности двигателя. Например, по параметру тяговооруженности двигатель F-1 (94) превосходит РД-180 (78), но по удельному импульсу и давлению в камере сгорания F-1 будет заметно уступать. И возносить тяговооруженность на пьедестал как самую важную для ракетного двигателя характеристику, по меньшей мере наивно.Цена
Этот параметр во многом связан с доступностью. Если вы делаете двигатель сами, то себестоимость вполне можно подсчитать. Если же покупаете, то этот параметр будет указан явно. К сожалению, по этому параметру не построить красивую таблицу, потому что себестоимость известна только производителям, а стоимость продажи двигателя тоже публикуется далеко не всегда. Также на цену влияет время, если в 2009 году РД-180 оценивался в $9 млн, то сейчас его оценивают в $11-15 млн.Вывод
Как вы уже, наверное, догадались, введение было написано несколько провокационно (простите). На самом деле, у ракетных двигателей нет одного параметра, по которому их можно выстроить и четко сказать, какой самый лучший. Если же пытаться вывести формулу лучшего двигателя, то получится примерно следующее:Самый лучший ракетный двигатель - это такой двигатель, который вы можете произвести/купить , при этом он будет обладать тягой в требуемом вам диапазоне (не слишком большой или маленькой) и будет эффективным настолько(удельный импульс, давление в камере сгорания ), что его цена не станет неподъемной для вас.
Скучно? Зато ближе всего к истине.
И, в заключение, небольшой хит-парад двигателей, которые лично я считаю лучшими:
Семейство РД-170/180/190
. Если вы из России или можете купить российские двигатели и вам нужны мощные двигатели на первую ступень, то отличным вариантом будет семейство РД-170/180/190. Эффективные, с высокими характеристиками и отличной статистикой надежности, эти двигатели находятся на острие технологического прогресса.
Be-3 и RocketMotorTwo
. Двигатели частных компаний, занимающихся суборбитальным туризмом, будут в космосе всего несколько минут, но это не мешает восхищаться красотой использованных технических решений. Водородный двигатель BE-3, перезапускаемый и дросселируемый в широком диапазоне, с тягой до 50 тонн и оригинальной схемой с открытым фазовым переходом, разработанный сравнительно небольшой командой - это круто. Что же касается RocketMotorTwo, то при всем скептицизме по отношению к Брэнсону и SpaceShipTwo, я не могу не восхищаться красотой и простотой схемы гибридного двигателя с твердым топливом и газообразным окислителем.
F-1 и J-2 В 1960-х это были самые мощные двигатели в своих классах. Да и нельзя не любить двигатели, подарившие нам такую красоту.
