Поиск - новости науки и техники

Твёрдое топливо для гиперзвуковых самолетов разрабатывают ученые РХТУ

23.10.2019

Высокотеплотворные твёрдые топлива для прямоточных воздушно-реактивных двигателей (ПВРД) для гиперзвуковых самолетов разрабатывают ученые химико-технологического факультета Менделеевского университета.

Гиперзвуковым (ГПВРД, англоязычный термин – Scramjet) называется прямоточный воздушно-реактивный двигатель, работающий на скоростях полёта свыше 5М – в пять раз превышающих скорость звука. Но для достижения таких скоростей нужны двигатели, которые обеспечивают сверхзвуковое сгорание.

Для сохранения эффективности двигателя на больших скоростях необходимо производить сжигание топлива в сверхзвуковом воздушном потоке. Торможение потока воздуха во входном устройстве двигателя происходит лишь частично, так что на протяжении всего остального тракта движение рабочего тела остается сверхзвуковым. При этом бо́льшая часть исходной кинетической энергии потока сохраняется, а температура после сжатия остается относительно низкая. Это позволяет передать рабочему телу значительное количество тепла. Проточная часть ГПВРД расширяется на всём её протяжении после входного устройства. Горючее вводится в сверхзвуковой поток со стенок проточной части двигателя. За счёт сжигания горючего в сверхзвуковом потоке рабочее тело нагревается, расширяется и ускоряется, так что скорость его истечения превышает скорость полёта.

Наши топлива – это высоконаполненные смесевые ракетные топлива. С развитием технологии получения смесевого твёрдого топлива, оно стало применяться для прямоточных воздушно-реактивных двигателей. Топливная шашка с продольным центральным каналом размещается в камере сгорания. Рабочее тело, проходя по каналу, постепенно окисляет топливо с его поверхности и нагревается само,

– рассказывает ассистент кафедры химии и технологии высокомолекулярных соединений РХТУ Владимир Сизов.

Если для ракетного двигателя большую часть топлива составляет окислитель, то для ПВРД он добавляется лишь в небольшом количестве для активизации процесса горения. Основную часть наполнителя смесевого топлива составляет мелкодисперсный порошок алюминия, магния или бора. Их высокая теплотворная способность (высокая удельная теплота сгорания) значительно превосходит теплоту сгорания углеводородных горючих,

Сейчас в качестве горючего используют различные вариации алюминия с магнием, бора с магнием или алюминием, чтобы добиться повышения полноты сгорания топлив в условиях сверхзвукового потока и исключить шлакование сопловых отверстий. Производители стараются уменьшить содержание конденсированной фазы в продуктах первичного горения и снизить вредность.

Реализация энергетических преимуществ твердотопливных ПВРД зависит от возможности регулирования тяги в зависимости от высоты, скорости и траектории полета ракеты или реактивного снаряда. Один из эффективных путей многократного регулирования расхода топлива – это изменение давления в камере генератора за счет изменения площади критического сечения газовыходных отверстий. Для осуществления этого принципа регулирования топливо, применяемое в генераторе, должно иметь высокую зависимость скорости горения от давления. И задача эта довольно сложная.

Для большинства ракетных систем необходимо снижать эту зависимость. Скорость горения описывается законом – u=Bpv, где ν – отвечает за стабильность работы двигателя.

– добавляет Владимир Сизов.

Расчеты показывают, что 4-х – 5-ти кратное регулирование реально возможно при значениях показателя степени при давлении в законе скорости горения ν более 0,5. Варьирование давления в генераторе от 0,5 до 7 МПа путем регулирования площади критического сечения сопловых отверстий газогенератора позволит изменять расход топлива до 5 раз».

Елена Степанова

Нет комментариев