Vandenilio peroksido naudojimas automobilių varikliuose. Pirotechninė chemija: įvadas į raketų inžineriją - Fedosjevas V.I. Siurblio maitinimo varikliai

Autorius norėtų šį tyrimą skirti vienai žinomai medžiagai. Medžiaga, suteikusi pasauliui Marilyn Monroe ir baltus siūlus, antiseptikus ir putojančias medžiagas, epoksidinius klijus ir reagentą kraujui nustatyti, ir netgi naudojama akvariumininkų vandens gaivinimui ir akvariumo valymui. Mes kalbame apie vandenilio peroksidą, tiksliau, apie vieną jo naudojimo aspektą - apie jo karinę karjerą.

Tačiau prieš tęsdamas pagrindinę dalį, autorius norėtų paaiškinti du dalykus. Pirmasis yra straipsnio pavadinimas. Buvo daug variantų, tačiau galiausiai buvo nuspręsta panaudoti vieno iš publikacijų pavadinimą, kurį parašė antro rango inžinierius kapitonas L.S. Šapiro, kaip aiškiausiai atitinkantis ne tik turinį, bet ir aplinkybes, lydinčias vandenilio peroksido įvedimą į karinę praktiką.

Antra, kodėl autorius susidomėjo šia konkrečia medžiaga? O tiksliau, kuo jis jį sudomino? Kaip bebūtų keista, jo visiškai paradoksalus likimas karinėje srityje. Reikalas tas, kad vandenilio peroksidas turi daugybę savybių, kurios, atrodo, pažadėjo jam puikią karinę karjerą. Ir, kita vertus, visos šios savybės pasirodė visiškai netinkamos naudoti kaip karinę atsargą. Na, nepanašu, kad tai vadinama visiškai netinkama naudoti - priešingai, ji buvo naudojama, ir gana plačiai. Tačiau, kita vertus, iš šių bandymų nieko ypatingo neišėjo: vandenilio peroksidas negali pasigirti tokiu įspūdingu pasiekimu kaip nitratai ar angliavandeniliai. Pasirodė, kad dėl visko kaltas ... Tačiau neskubėkime. Pažvelkime tik į keletą įdomiausių ir dramatiškiausių karinio peroksido momentų, ir kiekvienas skaitytojas padarys savo išvadas. O kadangi kiekviena istorija turi savo pradžią, susipažinsime su istorijos herojaus gimimo aplinkybėmis.

Profesoriaus Tenaro atidarymas ...

Už lango buvo giedra, šalta 1818 metų gruodžio diena. Grupė chemijos studentų iš „Ecole Polytechnique Paris“ skubiai užpildė auditoriją. Nebuvo norinčių praleisti garsaus mokyklos profesoriaus ir garsiojo Sorbonos (Paryžiaus universitetas) Jean Louis Thénard paskaitą: kiekviena jo klasė buvo neįprasta ir jaudinanti kelionė į nuostabaus mokslo pasaulį. Ir taip, atidaręs duris, profesorius įėjo į auditoriją su lengva, pavasariška eisena (duoklė Gaskono protėviams).

Iš įpročio, linktelėdamas link žiūrovų, jis greitai priėjo prie ilgo demonstracinio stalo ir kažką pasakė narkotikui senoliui Lesho. Tada, pakilęs į sakyklą, apsižvalgė aplink studentus ir tyliai pradėjo:

Kai iš priekinės fregatos stiebo jūreivis šaukia „Žemė!“ Bet ar ne tas momentas, kai chemikas pirmą kartą kolbos apačioje atranda naujos, iki šiol nežinomos medžiagos daleles, nėra toks pat puikus?

Tadaar paliko skaityklą ir nuėjo prie demonstracinio stalo, ant kurio Leshaux jau spėjo padėti paprastą prietaisą.

Chemija mėgsta paprastumą, - tęsė Tenaras. - Prisiminkite tai, ponai. Yra tik du stikliniai indai, išorinis ir vidinis. Tarp jų yra sniegas: naujoji medžiaga nori pasirodyti esant žemai temperatūrai. Į vidinį indą pilama praskiesta 6% sieros rūgštis. Dabar beveik šalta kaip sniege. Kas atsitiks, jei į rūgštį įlašinsiu žiupsnelį bario oksido? Sieros rūgštis ir bario oksidas duos nekenksmingą vandenį ir baltas nuosėdas - bario sulfatą. Visi tai žino.

H 2 SO4 + BaO = BaSO4 + H2O

Publika buvo tokia tyli, kad buvo aiškiai girdimas sunkus Lesho šalčio alsavimas. Tada, stikline lazdele švelniai maišydamas rūgštį, lėtai, po grūdelį, į indą supilkite bario peroksidą.

Filtruosime nuosėdas, paprastą bario sulfatą, - sakė profesorius, pylęs vandenį iš vidinio indo į kolbą.

H 2 SO4 + BaO2 = BaSO4 + H2O2

Tai yra ypatingas vanduo. Jame yra dvigubai daugiau deguonies nei įprastai. Vanduo yra vandenilio oksidas, o šis skystis yra vandenilio peroksidas. Bet man patinka kitas pavadinimas - „oksiduotas vanduo“. Ir kaip pionierius, man labiau patinka šis vardas.

Kai šturmanas atranda nežinomą kraštą, jis jau žino: kada nors ant jo augs miestai, bus nutiesti keliai. Mes, chemikai, niekada negalime būti tikri dėl savo atradimų likimo. Kas bus po naujos medžiagos po šimtmečio? Galbūt toks pat plačiai naudojamas kaip sieros arba druskos rūgštis. O gal visiška užmarštis - kaip nereikalinga ...

Publika rėkė.

Bet Tenaras tęsė:

Ir vis dėlto esu įsitikinęs didele „oksiduoto vandens“ ateitimi, nes jame yra daug „gyvybę teikiančio oro“ - deguonies. Ir svarbiausia, kad jis labai lengvai išsiskiria iš tokio vandens. Vien tai skatina pasitikėjimą „oksiduoto vandens“ ateitimi. Žemės ūkis ir amatai, medicina ir gamyba, o aš net nežinau, kur bus naudojamas „oksiduotas vanduo“! Tai, kas šiandien vis dar telpa į kolbą, rytoj gali įsibrauti į visus namus, turinčius energijos.

Profesorius Tenaras lėtai paliko kalbą.

Naivus Paryžiaus svajotojas ... Įsitikinęs humanistas Thénardas visada tikėjo, kad mokslas turi duoti naudos žmonijai, palengvinti gyvenimą ir padaryti jį lengvesnį bei laimingesnį. Net nuolat prieš akis turėdamas visiškai priešingos prigimties pavyzdžių, jis tvirtai tikėjo didele ir taikia savo atradimo ateitimi. Kartais imi tikėti teiginio „Laimė yra nežinojime“ teisingumu ...

Tačiau vandenilio peroksido karjeros pradžia buvo gana rami. Ji reguliariai dirbo tekstilės gamyklose, balino siūlus ir linus; laboratorijose, oksiduojant organines molekules ir padedant gauti naujų gamtoje neegzistuojančių medžiagų; pradėjo įsisavinti medicinos skyrius, užtikrintai įsitvirtindamas kaip vietinis antiseptikas.

Tačiau netrukus paaiškėjo, kad kai kurie neigiamos pusės, iš kurių vienas pasirodė esąs mažas stabilumas: jis galėjo egzistuoti tik santykinai mažos koncentracijos tirpaluose. Ir kaip įprasta, kadangi koncentracija jums netinka, ją reikia padidinti. Ir taip viskas prasidėjo ...

... ir inžinieriaus Walterio radinys

1934 metai Europos istorijoje buvo pažymėti gana daug įvykių. Kai kurie iš jų jaudino šimtus tūkstančių žmonių, kiti praėjo tyliai ir nepastebimai. Pirmasis, žinoma, gali būti siejamas su termino „arijų mokslas“ atsiradimu Vokietijoje. Kalbant apie antrąją, tai buvo staigus dingimas iš atviros spaudos, visos nuorodos į vandenilio peroksidą. Šios keistos netekties priežastys paaiškėjo tik po triuškinančio „tūkstantmečio Reicho“ pralaimėjimo.

Viskas prasidėjo nuo idėjos, kuri kilo Helmuto Walterio, mažos Kylio gamyklos, skirtos tiksliems instrumentams, tyrimų įrangai ir reagentams Vokietijos institutams gaminti, savininkui. Jis buvo pajėgus, eruditas ir, svarbiausia, iniciatyvus žmogus. Jis pastebėjo, kad koncentruotas vandenilio peroksidas gali išlikti gana ilgai, net esant nedideliam kiekiui stabilizuojančių medžiagų, tokių kaip, pavyzdžiui, fosforo rūgštis ar jos druskos. Šlapimo rūgštis pasirodė esanti ypač veiksmingas stabilizatorius: 1 g šlapimo rūgšties pakako stabilizuoti 30 litrų labai koncentruoto peroksido. Tačiau įvedus kitas medžiagas, skilimo katalizatorius, medžiaga smarkiai suyra ir išsiskiria didelis deguonies kiekis. Taigi atsirado viliojanti perspektyva reguliuoti degradacijos procesą gana nebrangiomis ir paprastomis cheminėmis medžiagomis.

Visa tai buvo žinoma ilgą laiką, tačiau, be to, Walteris atkreipė dėmesį į kitą proceso pusę. Peroksido skilimas

2 val 2 O2 = 2 H2O + O2

Keelis buvo vokiečių povandeninių laivų statybos forpostas, o vandenilio peroksido povandeninio laivo variklio idėja užvaldė Walterį. Jis traukė savo naujumu, be to, inžinierius Walteris buvo toli gražu ne nemalonus. Jis puikiai suprato, kad fašistinės diktatūros sąlygomis trumpiausias kelias į klestėjimą buvo darbas kariniuose departamentuose.

Jau 1933 m. Walteris savarankiškai ėmėsi H sprendimų energetinio potencialo tyrimo 2 O2... Jis sudarė grafiką, kuriame matoma pagrindinių termofizinių charakteristikų priklausomybė nuo tirpalo koncentracijos. Ir tai aš sužinojau.

Tirpalai, kuriuose yra 40-65% H 2 O2 skylant, jos pastebimai įkaista, bet nepakankamai aukšto slėgio dujoms susidaryti. Skaidant labiau koncentruotus tirpalus, išsiskiria daug daugiau šilumos: visas vanduo išgaruoja be likučių, o likusi energija visiškai išleidžiama garų dujoms šildyti. Ir kas taip pat yra labai svarbu; kiekviena koncentracija atitiko griežtai apibrėžtą išsiskiriančios šilumos kiekį. Ir griežtai apibrėžtas deguonies kiekis. Ir galiausiai, trečiasis - net stabilizuotas vandenilio peroksidas beveik akimirksniu suyra veikiant kalio permanganatams KMnO 4 arba kalcio Ca (MnO 4 )2 .

Valteris sugebėjo visiškai pamatyti nauja sritis medžiagos, žinomos daugiau nei šimtą metų, naudojimas. Ir jis studijavo šią medžiagą pagal paskirtį. Kai jis pateikė savo svarstymus aukščiausiems kariniams sluoksniams, buvo nedelsiant gautas įsakymas: klasifikuoti viską, kas kažkaip susiję su vandenilio peroksidu. Nuo šiol techninėje dokumentacijoje ir korespondencijoje buvo „aurol“, „oxylin“, „kuras T“, bet ne visiems gerai žinomas vandenilio peroksidas.

Garo -dujų turbinų, veikiančių pagal „šalto“ ciklą, schema: 1 - sraigtas; 2 - reduktorius; 3 - turbina; 4 - separatorius; 5 - skilimo kamera; 6 - valdymo vožtuvas; 7- elektrinis peroksido tirpalo siurblys; 8 - elastingos peroksido tirpalo talpyklos; 9 - atbulinis vožtuvas peroksido skilimo produktų pašalinimui už borto.

1936 m. Walteris povandeninių laivų laivyno vadovybei pristatė pirmąjį įrenginį, kuris veikė pagal nurodytą principą, kuris, nepaisant gana aukštos temperatūros, gavo pavadinimą „šaltas“. Kompaktiška ir lengva turbina stende išvystė 4000 AG, visiškai pateisinanti dizainerio lūkesčius.

Labai koncentruoto vandenilio peroksido tirpalo skilimo reakcijos produktai buvo paduoti į turbiną, kuri per redukcinę pavarų dėžę pasuko sraigtą, ir tada buvo paimta už borto.

Nepaisant akivaizdaus tokio sprendimo paprastumo, buvo lydimų problemų (ir kaip mes galime išsiversti be jų!). Pavyzdžiui, buvo nustatyta, kad dulkės, rūdys, šarmai ir kitos priemaišos taip pat yra katalizatoriai ir dramatiškai (ir dar blogiau - nenuspėjamai) pagreitina peroksido skilimą, taip sukeldami sprogimo pavojų. Todėl peroksido tirpalui laikyti buvo naudojami elastiniai indai, pagaminti iš sintetinės medžiagos. Buvo planuojama tokius konteinerius pastatyti už kieto korpuso, o tai leido efektyviai išnaudoti laisvą tarpkūnio erdvės tūrį ir, be to, prieš įrenginio siurblį dėl jūros vandens slėgio sukurti peroksido tirpalo užpilą. .

Tačiau kita problema pasirodė daug sudėtingesnė. Išmetamosiose dujose esantis deguonis gana blogai tirpsta vandenyje ir išdavė valties vietą, ant paviršiaus palikdamas burbuliukų pėdsaką. Ir tai nepaisant to, kad „nenaudingos“ dujos yra gyvybiškai svarbi medžiaga laivui, suprojektuotam kuo ilgiau išlikti gylyje.

Idėja naudoti deguonį kaip degalų oksidacijos šaltinį buvo tokia akivaizdi, kad Walteris pradėjo lygiagretų karšto ciklo variklio dizainą. Šiame variante organinis kuras buvo tiekiamas į skilimo kamerą, kuri buvo sudeginta anksčiau nepanaudotame deguonyje. Įrenginio galia smarkiai padidėjo, be to, pėdsakų sumažėjo, nes degimo produktas - anglies dioksidas - vandenyje tirpsta daug geriau nei deguonis.

Walteris žinojo „šalto“ proceso trūkumus, tačiau su jais susitaikė, nes suprato, kad konstruktyvia prasme tokia elektrinė bus nepalyginamai paprastesnė nei „karšto“ ciklo metu, o tai reiškia, kad jūs galite statyti laivu daug greičiau ir parodyti savo privalumus ...

1937 m. Walteris pranešė apie savo eksperimentų rezultatus Vokietijos karinio jūrų laivyno vadovybei ir patikino visus galimybę sukurti povandeninius laivus su garo-dujų turbinų įrenginiais, kurių precedento neturintis povandeninis greitis yra didesnis nei 20 mazgų. Dėl susitikimo buvo nuspręsta sukurti eksperimentinį povandeninį laivą. Projektuojant buvo išspręstos ne tik neįprastos jėgainės naudojimo problemos.

Taigi, projektinis povandeninio trasos greitis padarė anksčiau naudotus korpuso kontūrus nepriimtinus. Čia buriuotojams padėjo lėktuvų gamintojai: keli korpuso modeliai buvo išbandyti vėjo tunelyje. Be to, norėdami pagerinti valdymą, mes panaudojome dvigubus vairus, modeliuotus pagal lėktuvo „Junkers-52“ vairus.

1938 m. Kylyje buvo paguldytas pirmasis pasaulyje eksperimentinis povandeninis laivas su vandenilio peroksido jėgaine, kurio darbinis tūris yra 80 tonų. 1940 metais atlikti bandymai pažodžiui pribloškė - palyginti paprasta ir lengva turbina, kurios galia 2000 AG. leido povandeniniam laivui išvystyti 28,1 mazgo greitį po vandeniu! Tiesa, už tokį precedento neturintį greitį reikėjo sumokėti nereikšmingu kreiseriniu diapazonu: vandenilio peroksido atsargų pakako pusantros iki dviejų valandų.

Antrojo pasaulinio karo metu Vokietijai povandeniniai laivai buvo strateginiai, nes tik jiems padedant buvo galima padaryti apčiuopiamos žalos Anglijos ekonomikai. Todėl jau 1941 m. Prasidėjo kūrimas, o paskui povandeninio laivo V-300 su garo-dujų turbina, veikiančia „karštu“ ciklu, statyba.

Garo -dujų turbinų, veikiančių „karštu“ ciklu, schema: 1 - sraigtas; 2 - reduktorius; 3 - turbina; 4 - irklavimo elektros variklis; 5 - separatorius; 6 - degimo kamera; 7 - uždegimo įtaisas; 8 - uždegimo vamzdyno vožtuvas; 9 - skilimo kamera; 10 - purkštukų įjungimo vožtuvas; 11 - trijų komponentų jungiklis; 12 - keturių komponentų reguliatorius; 13 - siurblys vandenilio peroksido tirpalui; keturiolika - kuro siurblys; 15 - vandens siurblys; 16 - kondensato aušintuvas; 17 - kondensato siurblys; 18 - maišymo kondensatorius; 19 - dujų kolektorius; 20 - anglies dioksido kompresorius

Valtis V-300 (arba U-791-ji gavo tokį raidinį skaitmeninį žymėjimą) turėjo dvi varomosios sistemos(tiksliau, trys): Walterio dujų turbina, dyzelinis variklis ir elektros varikliai. Toks neįprastas hibridas atsirado supratus, kad turbina iš tikrųjų yra papildomas variklis. Dėl didelių degalų komponentų sąnaudų buvo tiesiog neekonomiška daryti ilgus „tuščiosios eigos“ kirtimus ar tyliai „sėlinti“ priešo laivuose. Tačiau ji buvo tiesiog būtina norint greitai palikti puolimo poziciją, pakeisti puolimo vietą ar kitas situacijas, kai ji „kvepėjo kepta“.

U -791 niekada nebuvo baigtas, bet iš karto nutiesė keturis eksperimentinius dviejų serijų kovinius povandeninius laivus - Wa -201 (Wa - Walter) ir Wk -202 (Wk - Walter Krupp) iš įvairių laivų statybos firmų. Pagal savo jėgaines jie buvo identiški, tačiau skyrėsi nuo užpakalinio plunksnos ir kai kurių salono bei korpuso kontūrų elementų. 1943 m. Prasidėjo jų bandymai, kurie buvo sunkūs, tačiau iki 1944 m. visi pagrindiniai technines problemas buvo už nugaros. Visų pirma, U-792 („Wa-201“ serija) buvo išbandytas visas jo kreiserinis diapazonas, kai, turėdamas 40 tonų vandenilio peroksido, jis beveik keturias su puse valandos buvo veikiamas po degiklio ir išlaikė greitį. 19,5 mazgų keturias valandas.

Šie skaičiai taip nustebino „Kriegsmarine“ vadovybę, kad, nelaukiant eksperimentinių povandeninių laivų bandymų pabaigos, 1943 m. Sausio mėn. Pramonei buvo išduotas įsakymas iš karto pastatyti 12 dviejų serijų laivų - XVIIB ir XVIIG. 236/259 tonų darbinis tūris turėjo 210/77 AG galios dyzelinį elektrinį agregatą, kuris leido judėti 9/5 mazgų greičiu. Esant kovos būtinybei, buvo įjungti du PGTU, kurių bendra galia 5000 AG, o tai leido išvystyti 26 mazgų povandeninį greitį.

Paveiksle schematiškai, schematiškai, nesilaikant skalės, pavaizduotas povandeninio laivo su PGTU įrenginys (parodytas vienas iš dviejų tokių įrenginių). Kai kurie pavadinimai: 5 - degimo kamera; 6 - uždegimo įtaisas; 11 - peroksido skilimo kamera; 16 - trijų komponentų siurblys; 17 - kuro siurblys; 18 - vandens siurblys (pagal medžiagas http://technicamolodezhi.ru/rubriki_tm/korabli_vmf_velikoy_otechestvennoy_voynyi_1972/v_nadejde_na_totalnuyu_voynu)

Trumpai tariant, PSTU darbas atrodo taip. Tiekimui buvo naudojamas trigubo veikimo siurblys dyzelinis kuras, vandenilio peroksidas ir grynas vanduo per 4 padėčių reguliatorių mišiniui tiekti į degimo kamerą; kai siurblys dirba 24000 aps./min. mišinio tiekimas pasiekė tokius kiekius: degalai - 1,845 kubiniai metrai / val., vandenilio peroksidas - 9,5 kub. / val., vanduo - 15,85 kub. / val. Šių trijų mišinio komponentų dozavimas buvo atliktas naudojant 4 padėčių mišinio tiekimo reguliatorių, kurio svorio santykis yra 1: 9: 10, kuris taip pat reguliuoja ketvirtąjį komponentą - jūros vandenį, kuris kompensuoja svorio skirtumą. vandenilio peroksido ir vandens valdymo kamerose. 4 padėčių reguliatoriaus valdymo elementus valdė 0,5 AG elektros variklis. ir nurodė reikiamą mišinio srautą.

Po 4 padėčių reguliatoriaus vandenilio peroksidas pateko į katalizinio skilimo kamerą per skylutes šio prietaiso dangtelyje; ant kurio sieto buvo katalizatorius - keraminiai kubeliai arba maždaug 1 cm ilgio vamzdinės granulės, įmirkytos kalcio permanganato tirpalu. Garo dujos buvo įkaitintos iki 485 laipsnių Celsijaus; 1 kg katalizatoriaus elementų per valandą, esant 30 atmosferų slėgiui, praleido iki 720 kg vandenilio peroksido.

Po skilimo kameros ji pateko į aukšto slėgio degimo kamerą, pagamintą iš stipraus grūdinto plieno. Šeši purkštukai tarnavo kaip įleidimo kanalai, kurių šoninės angos buvo skirtos garams ir dujoms praleisti, o centrinis - degalams. Temperatūra viršutinėje kameros dalyje siekė 2000 laipsnių Celsijaus, o apatinėje kameros dalyje ji nukrito iki 550–600 laipsnių dėl gryno vandens įpurškimo į degimo kamerą. Gautos dujos tiekiamos į turbiną, po to panaudotas garo ir dujų mišinys patenka į kondensatorių, sumontuotą ant turbinos korpuso. Naudojant vandens aušinimo sistemą, mišinio temperatūra išleidimo angoje nukrito iki 95 laipsnių Celsijaus, kondensatas buvo surenkamas į kondensato baką ir, naudojant kondensato ištraukimo siurblį, pateko į jūros vandens šaldytuvus, kurie buvo naudojami jūros vanduo aušinimui, kai valtis juda panardinus. Praėjus pro šaldytuvus, susidariusio vandens temperatūra sumažėjo nuo 95 iki 35 laipsnių Celsijaus, o dujotiekiu jis grįžo kaip švarus vanduo degimo kamerai. Garo ir dujų mišinio liekanos anglies dioksido ir garų pavidalu, esant 6 atmosferų slėgiui, buvo paimtos iš kondensato rezervuaro dujų separatoriumi ir pašalintos už borto. Anglies dioksidas palyginti greitai ištirpo jūros vandenyje, nepalikdamas pastebimų pėdsakų vandens paviršiuje.

Kaip matote, net tokiame populiariame pristatyme PSTU neatrodo paprastas prietaisas, todėl jo statybai reikėjo įtraukti aukštos kvalifikacijos inžinierius ir darbuotojus. Povandeninių laivų statyba iš PSTU buvo vykdoma absoliučios paslapties atmosferoje. Laivuose buvo leidžiamas griežtai ribotas asmenų ratas pagal sąrašus, dėl kurių susitarė aukštesnės Vermachto valdžios institucijos. Kontrolės punktuose buvo ugniagesiais persirengę žandarai ... Tuo pat metu buvo didinami gamybos pajėgumai. Jei 1939 m. Vokietija pagamino 6800 tonų vandenilio peroksido (80% tirpalo), tai 1944 m. - jau 24 000 tonų, o papildomi pajėgumai buvo pastatyti už 90 000 tonų per metus.

Vis dar neturėdamas pilnaverčių kovinių povandeninių laivų iš PSTU, neturėdamas jų naudojimo patirties, didysis admirolas Doenitz transliavo:

Ateis diena, kai paskelbsiu dar vieną povandeninį karą Čerčiliui. Povandeninių laivų parkas nesulaužė 1943 m. Jis stipresnis nei anksčiau. 1944 -ieji bus sunkūs, tačiau metai, kurie atneš didelę sėkmę.

Įdomu, ar Karlas Doenitzas prisiminė šiuos garsius pažadus per tuos 10 metų, kuriuos jis turėjo būti išvykęs į Spandau kalėjimą pagal Niurnbergo tribunolo sprendimą?

Šių perspektyvių povandeninių laivų finalas pasirodė apgailėtinas: visą laiką iš Walterio PSTU buvo statomos tik 5 (kitų šaltinių duomenimis - 11) valčių, iš kurių tik trys buvo išbandytos ir įtrauktos į laivyno kovos pajėgas. Be įgulos, neišeidami nė vieno kovinio išėjimo, po Vokietijos pasidavimo jie buvo užtvindyti. Dvi iš jų, išmestos į seklią teritoriją Didžiosios Britanijos okupacinėje zonoje, vėliau buvo iškeltos ir gabenamos: U-1406 į JAV ir U-1407 į JK. Ten ekspertai atidžiai studijavo šiuos povandeninius laivus, o britai netgi atliko lauko bandymus.

Nacių palikimas Anglijoje ...

Į Angliją gabenamos Walterio valtys nebuvo išmestos į metalo laužą. Priešingai, karti abiejų pasaulinių karų jūroje patirtis britams įskiepijo įsitikinimą dėl besąlygiško priešpovandeninių pajėgų prioriteto. Admiralitetas, be kita ko, svarstė specialaus povandeninio povandeninio laivo sukūrimo klausimą. Jis turėjo dislokuoti juos prieigose prie priešo bazių, kur jie turėjo pulti į jūrą išplaukiančius priešo povandeninius laivus. Tačiau tam patys povandeniniai povandeniniai laivai turėjo turėti dvi svarbias savybes: sugebėjimą ilgą laiką slaptai likti po priešo nosimi ir bent trumpam išvystyti didelį greitį, kad būtų galima greitai priartėti prie priešo ir jo staigiai ataka. O vokiečiai jiems padovanojo gerą pradžią: RPD ir dujų turbiną. Didžiausias dėmesys buvo skirtas Permės valstybiniam technikos universitetui, kaip visiškai autonominei sistemai, kuri, be to, tuo metu užtikrino tikrai fantastišką povandeninį greitį.

Vokiečių U-1407 palydėjo į Angliją vokiečių įgula, kuri buvo įspėta dėl mirties bausmės bet kokio sabotažo atveju. Ten buvo nuvežtas ir Helmutas Walteris. Restauruotas U-1407 buvo įtrauktas į karinį jūrų laivyną pavadinimu „Meteoritas“. Ji tarnavo iki 1949 m., Po to buvo pašalinta iš laivyno ir 1950 m.

Vėliau, 1954–55 m. britai pastatė du panašius savo dizaino eksperimentinius povandeninius laivus „Explorer“ ir „Excalibur“. Tačiau pakeitimai buvo susiję tik išorinė išvaizda o vidinis išdėstymas, kaip ir PSTU, išliko praktiškai savo pradine forma.

Abu laivai niekada netapo kažko naujo Anglijos karinio jūrų laivyno pirmtakais. Vienintelis pasiekimas yra 25 panardinti mazgai, gauti per „Explorer“ bandymus, o tai davė britams priežastį trimituoti visam pasauliui apie jų prioritetą šiam pasaulio rekordui. Šio įrašo kaina taip pat buvo rekordinė: nuolatinės nesėkmės, problemos, gaisrai, sprogimai lėmė tai dauguma laiko, kurį jie praleido dokuose ir dirbtuvėse remontuodami, nei kampanijose ir bandymuose. Ir čia neskaičiuojama grynai finansinė pusė: viena „Explorer“ veikimo valanda kainavo 5000 svarų sterlingų, o tai tuo metu prilygsta 12,5 kg aukso. Jie buvo pašalinti iš laivyno 1962 m. („Explorer“) ir 1965 m. („Excalibur“) su žudančiomis vieno britų povandeninio laivo savybėmis: "Geriausias dalykas, kurį galima padaryti naudojant vandenilio peroksidą, yra sudominti potencialius oponentus!"

... ir SSRS]
Sovietų Sąjunga, skirtingai nei sąjungininkai, negavo XXVI valčių ir techninę dokumentaciją apie šiuos įvykius: „sąjungininkai“ liko ištikimi sau ir vėl slėpė smulkmeną. Tačiau buvo informacijos ir gana plačios informacijos apie šias nesėkmingas Hitlerio naujoves SSRS. Kadangi Rusijos ir Sovietų Sąjungos chemikai visada buvo pasaulio chemijos mokslo priešakyje, sprendimas ištirti tokių galimybių galimybes įdomus variklis grynai cheminiu pagrindu buvo greitai priimtas. Žvalgybos agentūroms pavyko surasti ir surinkti grupę vokiečių specialistų, kurie anksčiau dirbo šioje srityje, ir pareiškė norą tęsti juos prieš buvusį priešą. Visų pirma tokį norą išreiškė vienas iš Helmuto Walterio pavaduotojų, tam tikras Franzas Stateckis. Statecki ir „techninės žvalgybos“ grupė, skirta eksportuoti karines technologijas iš Vokietijos, vadovaujant admirolui L. A. Koršunovas Vokietijoje surado firmą „Bruner-Kanis-Raider“, kuri buvo asistentė gaminant „Walter“ turbinos agregatus.

Kopijuoti vokiečių povandeninį laivą su Walterio jėgaine, pirmiausia Vokietijoje, o paskui SSRS, vadovaujant A.A. Buvo sukurtas Antipino „Antipino biuras“ - organizacija, iš kurios vyriausiojo povandeninių laivų konstruktoriaus (kapitonas I rango AA Antipin) pastangomis buvo sukurtos LPMB „Rubin“ ir SPMB „Malakhit“.

Biuro užduotis buvo ištirti ir atgaminti vokiečių pasiekimus naujuose povandeniniuose laivuose (dyzeliniuose, elektriniuose, garo ir dujų turbinose), tačiau pagrindinis uždavinys buvo pakartoti vokiečių povandeninių laivų greitį su Walterio ciklu.

Atlikus atliktus darbus, buvo galima visiškai atkurti dokumentaciją, gaminti (iš dalies iš vokiečių, iš dalies iš naujai pagamintų agregatų) ir išbandyti XXVI serijos vokiečių valčių garo-dujų turbinų įrengimą.

Po to buvo nuspręsta pastatyti sovietinį povandeninį laivą su „Walter“ varikliu. Walter PSTU povandeninių laivų kūrimo tema buvo pavadinta 617 projektu.

Aleksandras Tyklinas, aprašydamas Antipino biografiją, rašė:

„… Tai buvo pirmasis SSRS povandeninis laivas, peržengęs 18 mazgų povandeninio greičio vertę: 6 valandas jo povandeninis greitis viršijo 20 mazgų! Korpusas padvigubino panardinimo gylį, tai yra iki 200 metrų gylio. Tačiau pagrindinis naujojo povandeninio laivo privalumas buvo jo jėgainė, kuri tuo metu buvo nuostabi naujovė. Ir neatsitiktinai šią valtį aplankė akademikai I.V. Kurchatovas ir A.P. Aleksandrovas - ruošdamiesi sukurti branduolinius povandeninius laivus, jie negalėjo nesusipažinti su pirmuoju SSRS povandeniniu laivu, kuriame buvo įrengta turbina. Vėliau kuriant atomines elektrines buvo pasiskolinta daug dizaino sprendimų ... "

S-99 nuo pat pradžių buvo laikomas eksperimentiniu. Jame buvo praktikuojamas problemų, susijusių su dideliu povandeniniu greičiu, sprendimas: korpuso forma, valdomumas, judėjimo stabilumas. Eksploatacijos metu sukaupti duomenys leido racionaliai suprojektuoti pirmosios kartos branduolinius laivus.

1956–1958 m. Buvo suprojektuoti 643 dideli laivai, kurių paviršiaus tūris buvo 1865 tonos, ir jau su dviem PGTU, kurie turėjo užtikrinti 22 mazgų povandeninį greitį. Tačiau, kuriant pirmųjų sovietinių povandeninių laivų su branduoliniais projektais projektą elektrinės projektas buvo uždarytas. Tačiau PSTU S-99 valčių tyrimai nesustojo, bet buvo perkelti į pagrindinę sritį, svarstant galimybę naudoti Walterio variklį milžiniškoje T-15 torpedoje su atominiu užtaisu, kurį Sacharovas pasiūlė sunaikinti JAV karinį jūrų laivyną. bazės ir uostai. T-15 ilgis turėjo būti 24 metrai, povandeninis nuotolis-iki 40–50 mylių, su juo buvo gabenama termobranduolinė galvutė, galinti sukelti dirbtinį cunamį, kuris sunaikintų JAV pakrantės miestus. Laimei, šio projekto taip pat atsisakyta.

Vandenilio peroksido pavojus nepalietė Sovietų Sąjungos karinio jūrų laivyno. 1959 m. Gegužės 17 d. Ant jo įvyko avarija - sprogimas mašinų skyriuje. Laivas stebuklingai nemirė, tačiau jo restauravimas buvo laikomas netinkamu. Valtis buvo atiduota į metalo laužą.

Ateityje PSTU nebuvo plačiai paplitusi povandeninių laivų statyboje nei SSRS, nei užsienyje. Pažanga branduolinės energetikos srityje leido sėkmingiau išspręsti galingų povandeninių variklių, kuriems nereikia deguonies, problemą.

Tęsinys…

Ctrl Įveskite

Pastebėtas Ošas S bku Pažymėkite tekstą ir paspauskite Ctrl + Enter

Torpediniai varikliai: vakar ir šiandien

UAB „Jūrų inžinerijos tyrimų institutas“ liko vienintelė įmonė Rusijos Federacija vykdo visapusišką šiluminių jėgainių plėtrą

Laikotarpiu nuo įmonės įkūrimo iki septintojo dešimtmečio vidurio. Pagrindinis dėmesys buvo skirtas turbininių variklių, skirtų priešlaivinėms torpedoms, kurių veikimo diapazonas yra 5–20 m gylyje. Kalbant apie priešlaivinių torpedų naudojimo sąlygas, svarbiausi reikalavimai jėgainėms buvo maksimali galia ir vizualinis nematomumas. Vizualinio nematomumo reikalavimas buvo lengvai įvykdytas naudojant dviejų komponentų kurą: žibalą ir 84%vandenilio peroksido (MPV) tirpalą. Degimo produktuose buvo vandens garų ir anglies dioksido. Degimo produktų išmetimas už borto buvo atliktas 1000–1500 mm atstumu nuo torpedų valdymo, o garai kondensavosi ir anglies dioksidas greitai ištirpo vandenyje, kad dujiniai degimo produktai ne tik nepasiektų vandens paviršiaus , bet taip pat nepaveikė vairų ir torpedų sraigtų.

Didžiausia turbinos galia, pasiekta naudojant 53–65 torpedą, buvo 1070 kW ir užtikrino judėjimą maždaug 70 mazgų greičiu. Tai buvo greičiausia torpeda pasaulyje. Siekiant sumažinti degimo produktų temperatūrą nuo 2700–2900 K iki priimtino lygio, į degimo produktus buvo įpurškiamas jūros vanduo. Pradiniame darbo etape druskos iš jūros vandens nusėdo turbinos srauto kelyje ir lėmė jo sunaikinimą. Tai tęsėsi tol, kol buvo surastos sąlygos be problemų veikti, kurios sumažintų jūros vandens druskų poveikį dujų turbinų variklio veikimui.

Turint visus vandenilio peroksido, kaip oksidatoriaus, energijos pranašumus, padidėjęs jo gaisro ir sprogimo pavojus eksploatacijos metu lėmė alternatyvių oksidatorių naudojimo paiešką. Vienas iš tokių techninių sprendimų variantų buvo ugniai atsparaus deguonies pakeitimas dujiniu deguonimi. Mūsų įmonėje sukurtas turbinos variklis išliko, o torpeda, pažymėta 53-65K, buvo sėkmingai valdoma ir iki šiol nebuvo pašalinta iš karinio jūrų laivyno ginkluotės. Atsisakius ugniai atsparių medžiagų naudojimo torpedinėse šiluminėse elektrinėse, reikėjo atlikti daugybę mokslinių tyrimų projektų, siekiant rasti naujų degalų. Dėl išvaizdos septintojo dešimtmečio viduryje. branduoliniai povandeniniai laivai, judantys dideliu greičiu po vandeniu, priešpovandeninės torpedos su elektros energija pasirodė neveiksmingos. Todėl kartu su naujų degalų paieška buvo tiriami naujo tipo varikliai ir termodinaminiai ciklai. Didžiausias dėmesys buvo skirtas garo turbinos agregato, veikiančio uždarame Rankine cikle, sukūrimui. Tokių agregatų, kaip turbina, garo generatorius, kondensatorius, siurbliai, vožtuvai ir visa sistema, išankstinio kūrimo etapuose ir atviroje jūroje buvo naudojamas kuras: žibalas ir MPV, o pagrindinėje versijoje - kietas hidroreaktyvus kuras su dideliais energijos ir eksploataciniais rodikliais ...

Garo turbinos agregatas buvo sėkmingai išbandytas, tačiau darbas su torpeda buvo sustabdytas.

1970–1980 m. didelis dėmesys buvo skiriamas atviro ciklo dujų turbinų jėgainių kūrimui, taip pat kombinuotam ciklui, kai dujų išmetimo sistemoje buvo naudojamas ežektorius dideliame darbiniame gylyje. Kaip kuras buvo naudojama daugybė „Otto-Fuel II“ tipo skystų monoproplantų, įskaitant tuos, į kuriuos buvo pridėta metalinio kuro, taip pat naudojant skystą oksidatorių, kurio pagrindą sudaro amonio hidroksilo perchloratas (HAP).

Praktinė išeitis buvo kryptis sukurti atviro ciklo dujų turbinų bloką, naudojant Otto-Fuel II kurą. 650 mm smūgio torpedai buvo sukurtas turbinos variklis, kurio galia didesnė nei 1000 kW.

Devintojo dešimtmečio viduryje. Remiantis mūsų įmonės vadovybės atlikto tyrimo rezultatais, buvo nuspręsta sukurti naują kryptį - kurti 533 mm kalibro ašines universalias torpedas. stūmokliniai varikliai ant „Otto-Fuel II“ degalų. Stūmokliniai varikliai, palyginti su turbininiais, turi mažesnę efektyvumo priklausomybę nuo torpedos eigos gylio.

Nuo 1986 iki 1991 m buvo sukurtas ašinis stūmoklinis variklis (1 modelis), kurio galia yra apie 600 kW, skirta universaliam 533 mm torpedos kalibrui. Jis sėkmingai išlaikė visų tipų stendų ir jūrų bandymus. Dešimtojo dešimtmečio pabaigoje, sutrumpinus torpedos ilgį, modernizuojant buvo sukurtas antrasis šio variklio modelis, supaprastinant dizainą, padidinant patikimumą, pašalinant ribotas medžiagas ir įvedant daugialypį režimą. Šis variklio modelis pritaikytas serijinei universalios giliavandenės nukreipimo torpedos konstrukcijai.

2002 m. UAB „Jūrų inžinerijos tyrimų institutas“ buvo patikėta sukurti jėgainę naujai lengvai 324 mm kalibro priešpovandeninei torpedai. Išanalizavus įvairių tipų variklius, termodinaminius ciklus ir degalus, buvo pasirinkta taip pat, kaip ir sunkioje torpedoje, o atviro ciklo ašinis stūmoklinis variklis, veikiantis „Otto-Fuel II“ kuru.

Tačiau projektuojant variklį buvo atsižvelgta į patirtį. trūkumai sunkaus torpedinio variklio konstrukcija. Naujas variklis turi iš esmės kitokį kinematinė diagrama... Degimo kameros degalų tiekimo kelyje nėra trinties elementų, dėl kurių eksploatacijos metu degalų sprogimas neįmanomas. Besisukančios dalys yra gerai subalansuotos ir pavaros pagalbiniai vienetai labai supaprastinta, dėl to sumažėjo vibracijos aktyvumas. Buvo įdiegta elektroninė sistema sklandžiam degalų sąnaudų ir atitinkamai variklio galios reguliavimui. Praktiškai nėra reguliatorių ir vamzdynų. Naudojant 110 kW variklio galią visuose reikalaujamuose gyliuose, esant mažam gyliui, ji leidžia padvigubinti galią, tuo pačiu išlaikant veikimą. Platus variklio veikimo parametrų diapazonas leidžia jį naudoti torpedose, anti-torpedose, savaeigėse kasyklose, hidroakustinėse atsakomosiose priemonėse, taip pat autonominėse karinėse ir civilinėse povandeninėse transporto priemonėse.

Visi šie pasiekimai torpedinių jėgainių kūrimo srityje buvo įmanomi dėl unikalių eksperimentinių kompleksų buvimo UAB „Jūrų inžinerijos tyrimų institutas“, sukurtame kaip patys ir viešųjų lėšų sąskaita. Kompleksai yra maždaug 100 tūkstančių m2 plote. Juose yra visos reikalingos maitinimo sistemos, įskaitant oro, vandens, azoto ir aukšto slėgio kuro sistemas. Bandymų kompleksai apima kietų, skystų ir dujinių degimo produktų naudojimo sistemas. Kompleksuose yra bandomieji suolai, skirti išbandyti prototipus ir viso masto turbininius bei stūmoklinius variklius, taip pat kitų tipų variklius. Be to, yra degalų, degimo kamerų, įvairių siurblių ir prietaisų bandymų stendai. Stovai įrengti su elektronines sistemas parametrų valdymas, matavimas ir registravimas, vizualus išbandytų objektų stebėjimas, taip pat signalizacija ir įrangos apsauga.

Vandenilio peroksidas H2O2 yra skaidrus, bespalvis skystis, pastebimai klampesnis už vandenį, turintis būdingą, nors ir silpną, kvapą. Bevandenį vandenilio peroksidą sunku gauti ir sandėliuoti, todėl jį naudoti kaip raketinį kurą per brangu. Apskritai, didelė kaina yra vienas iš pagrindinių vandenilio peroksido trūkumų. Tačiau, palyginti su kitomis oksiduojančiomis medžiagomis, tai patogiau ir mažiau pavojinga valdyti.
Peroksido tendencija spontaniškai suskaidyti tradiciškai buvo perdėta. Nors pastebėjome koncentracijos sumažėjimą nuo 90% iki 65% po dvejų metų laikymo 1 litro polietileno buteliuose kambario temperatūroje, tačiau didesniais kiekiais ir tinkamesnėje talpykloje (pavyzdžiui, 200 litrų statinėje, pagamintoje iš gana gryno aliuminis) skilimo greitis yra 90% peroksido būtų mažesnis nei 0,1% per metus.
Bevandenio vandenilio peroksido tankis viršija 1450 kg / m3, kuris yra žymiai didesnis nei skysto deguonies ir šiek tiek mažesnis nei azoto rūgšties oksidantų. Deja, vandens priemaišos greitai jį sumažina, todėl 90% tirpalo tankis kambario temperatūroje yra 1380 kg / m3, tačiau tai vis tiek yra labai geras rodiklis.
Peroksidas skystuosius raketinius raketinius variklius gali būti naudojamas ir kaip vienodas kuras, ir kaip oksidatorius, pavyzdžiui, kartu su žibalu ar alkoholiu. Nei žibalas, nei alkoholis savaime neužsidega peroksidu, o norint užtikrinti uždegimą, į kurą reikia įpilti peroksido skilimo katalizatoriaus - tada išsiskiriančios šilumos pakanka užsidegimui. Alkoholiui tinkamas katalizatorius yra mangano (II) acetatas. Žibalui taip pat yra atitinkamų priedų, tačiau jų sudėtis laikoma paslaptyje.
Peroksido kaip vienetinio kuro naudojimą riboja palyginti mažos energijos savybės. Taigi pasiektas specifinis impulsas vakuume 85% peroksido yra tik apie 1300 ... 1500 m / s (skirtingo išsiplėtimo laipsnio atveju), o 98% - apie 1600 ... 1800 m / s. Nepaisant to, peroksidą pirmiausia panaudojo amerikiečiai, kad orientuotųsi į „Mercury“ erdvėlaivio nusileidimo transporto priemonę, o tuo pačiu tikslu sovietų dizaineriai panaudojo erdvėlaivį „Sojuz“. Be to, vandenilio peroksidas naudojamas kaip pagalbinis kuras kuriant TNA-pirmą kartą ant raketos V-2, o paskui jos palikuonių, iki R-7. Visose „septynių“ modifikacijose, įskaitant moderniausias, THA vairuoti vis dar naudojamas peroksidas.
Vandenilio peroksidas, kaip oksidatorius, yra veiksmingas naudojant įvairius degalus. Nors jis suteikia mažesnį specifinį impulsą nei skystas deguonis, tačiau naudojant didelės koncentracijos peroksidą, SI vertės viršija tas pačias degalų azoto rūgšties oksidantų vertes. Iš visų kosminių raketų tik viename buvo naudojamas peroksidas (suporuotas su žibalu) - britų juodoji strėlė. Jo variklių parametrai buvo kuklūs - I pakopos variklių AI žemėje šiek tiek viršijo 2200 m / s, o vakuume - 2500 m / s, nes šioje raketoje buvo panaudota tik 85% peroksido koncentracijos. Tai buvo padaryta dėl to, kad peroksidas buvo suskaidytas ant sidabro katalizatoriaus, kad būtų užtikrintas savaiminis užsidegimas. Labiau koncentruotas peroksidas išlydo sidabrą.
Nepaisant to, kad susidomėjimas peroksidu kartas nuo karto sustiprėja, jo perspektyvos išlieka silpnos. Taigi, nors sovietų raketų variklis RD-502 ( kuro garai- peroksidas ir pentaboranas) ir parodė specifinį 3680 m / s impulsą, jis liko eksperimentinis.
Savo projektuose mes sutelkiame dėmesį į peroksidą ir todėl, kad jame esantys varikliai yra šaltesni nei panašūs varikliai su ta pačia vartotojo sąsaja, bet skirtingu kuru. Pavyzdžiui, „karamelinio“ kuro degimo produktai turi beveik 800 ° aukštesnę temperatūrą ir tą pačią pasiektą vartotojo sąsają. Taip yra dėl didelio vandens kiekio peroksido reakcijos produktuose ir dėl to mažos vidutinės reakcijos produktų molekulinės masės.

Be abejo, variklis yra svarbiausia raketos dalis ir viena sudėtingiausių. Variklio užduotis yra sumaišyti degalų komponentus, užtikrinti jų degimą ir dideliu greičiu tam tikra kryptimi išmesti degimo proceso metu susidarančias dujas. reaktyvinė trauka... Šiame straipsnyje mes apsvarstysime tik šiuo metu raketoje naudojamus cheminius variklius. Yra keli jų tipai: kietas kuras, skystas, hibridinis ir skystas vieno komponento.

Bet kokį raketinį variklį sudaro dvi pagrindinės dalys: degimo kamera ir purkštukas. Su degimo kamera manau, kad viskas aišku - tai savotiškas uždaras tūris, kuriame deginami degalai. Purkštukas yra skirtas pagreitinti degalų deginimo metu susidarančias dujas iki viršgarsinio greičio viena kryptimi. Antgalį sudaro maišytuvas, kritikos kanalas ir difuzorius.

Maišytuvas yra piltuvas, kuris surenka dujas iš degimo kameros ir nukreipia jas į kritikos kanalą.

Kritika yra siauriausia purkštuko dalis. Jame dujos pagreitėja iki garso greičio dėl didelio slėgio iš maišytuvo pusės.

Difuzorius yra išsiplėtusi purkštuko dalis po kritikos. Jame sumažėja dujų slėgis ir temperatūra, dėl kurios dujos papildomai pagreitėja iki viršgarsinio greičio.

Dabar pereikime prie visų pagrindinių variklių tipų.

Pradėkime paprastai. Paprasčiausias dizainas yra kietojo kuro raketinis variklis. Tiesą sakant, tai yra statinė, pripildyta kieto kuro oksiduojančio mišinio ir turinti antgalį.

Tokio variklio degimo kamera yra degalų įpylimo kanalas, o degimas vyksta visame šio kanalo paviršiaus plote. Dažnai, siekiant supaprastinti degalų papildymą variklyje, įkrova yra sudaryta iš degalų lazdelių. Tada degimas taip pat vyksta ant šaškių galų paviršiaus.

Norint gauti skirtingą traukos priklausomybę nuo laiko, skirtinga skerspjūviai kanalas:

Kietasis raketinis kuras- seniausias raketų variklio tipas. Jis buvo išrastas senovės Kinijoje, tačiau iki šiol jis yra pritaikytas tiek karinėse raketose, tiek kosminėse technologijose. Be to, dėl savo paprastumo šis variklis aktyviai naudojamas mėgėjų raketose.

Pirmasis amerikiečių erdvėlaivis „Mercury“ buvo aprūpintas šešiais kietaisiais propelentais:

Trys maži atima laivą nuo nešančiosios raketos, atsiskyrę nuo jos, o trys dideli lėtina jį iki de-orbitos.

Galingiausias raketinio kuro variklis (ir apskritai galingiausias raketų variklis istorijoje) yra šoninis „Space Shuttle“ sistemos stiprintuvas, sukūręs maksimalią 1400 tonų trauką. Būtent šie du akceleratoriai davė tokią įspūdingą ugnies koloną, kai buvo pradėti vežti. Tai aiškiai matyti, pavyzdžiui, 2009 m. Gegužės 11 d. „Atlantis“ šaudyklės paleidimo vaizdo įraše (misija STS-125):

Tie patys stiprintuvai bus naudojami naujojoje SLS raketoje, kuri į orbitą paleis naują amerikietišką „Orion“ erdvėlaivį. Dabar galite pamatyti įrašus iš akceleratoriaus antžeminių bandymų:

Taip pat kietojo raketinio kuro raketų varikliai sumontuoti avarinėse gelbėjimo sistemose, skirtose nukreipti erdvėlaivį nuo raketos avarijos atveju. Štai, pavyzdžiui, laivo „Mercury“ SAS bandymai 1960 m. Gegužės 9 d.

Be SAS, erdvėlaivyje „Sojuz“ sumontuoti minkšto nusileidimo varikliai. Tai taip pat kietojo raketinio kuro raketa, kuri dirba sekundės dalį, skleisdama galingą impulsą, užgesindama laivo nusileidimo greitį beveik iki nulio prieš pat prisilietimą prie Žemės paviršiaus. Šių variklių veikimą galima pamatyti įrašant erdvėlaivio „Sojuz TMA-11M“ nusileidimą 2014 m. Gegužės 14 d.

Pagrindinis kietojo kuro raketinių variklių trūkumas yra tai, kad neįmanoma traukos kontrolės ir neįmanoma iš naujo paleisti variklio jį sustabdžius. Variklio išjungimas kietų raketinių kuro atveju iš tikrųjų nėra išjungimas: variklis arba nustoja veikti dėl degalų pabaigos, arba, jei reikia jį sustabdyti anksčiau, traukos jėga nutraukiama: yra atleistas viršutinis dangtelis variklio ir dujų pradeda išeiti iš abiejų jo galų, nuliui nustumiant trauką.

Toliau mes apsvarstysime hibridinis variklis ... Jo ypatumas yra tas, kad naudojami kuro komponentai yra skirtingose ​​agregacijos būsenose. Dažniausiai naudojamas kietas kuras ir skystas arba dujinis oksidatorius.

Štai kaip atrodo tokio variklio bandymas ant stendo:

Tai variklio tipas, naudojamas pirmajame privačiame erdvėlaivyje „SpaceShipOne“.
Skirtingai nuo kietojo kuro raketinio variklio, GRD galima paleisti iš naujo ir sureguliuoti jo trauką. Tačiau tai nebuvo be trūkumų. Dėl didelės degimo kameros dujinis variklis yra nepelningas įdėti į dideles raketas. Taip pat GRD yra linkęs „sunkiai užvesti“, kai degimo kameroje susikaupė daug oksidatoriaus, o užsidegus variklis per trumpą laiką duoda didelį traukos impulsą.

Na, dabar apsvarstykime plačiausiai naudojamą astronautikos tipą raketų varikliai... tai Raketinis variklis- skystojo kuro raketų varikliai.

Skystą raketinį raketinį variklį deginančioje kameroje sumaišomi ir sudeginami du skysčiai: kuras ir oksidatorius. Kosminės raketos naudoja tris degalus oksiduojančius garus: skystą deguonį + žibalą („Sojuz“ raketos), skystą vandenilį + skystą deguonį (antroji ir trečioji „Saturn-5“ raketos pakopos, antroji „Changzheng-2“ pakopa, „Space Shuttle“) ir asimetriškas dimetilhidrazinas + azoto tetroksidas („Rocket Proton“ ir pirmoji „Changzheng-2“ pakopa). Taip pat bandomas naujos rūšies kuras - skystas metanas.

Skystuoju raketiniu varikliu varomų raketų variklių privalumai yra mažas svoris, galimybė valdyti trauką plačiame diapazone (droselis), daugkartinio paleidimo galimybė ir didesnis specifinis impulsas, lyginant su kitų tipų varikliais.

Pagrindinis tokių variklių trūkumas yra stulbinantis dizaino sudėtingumas. Mano schemoje tai atrodo paprasta, tačiau iš tikrųjų, projektuojant skystuoju kuru varomą variklį, tenka susidurti su daugybe problemų: būtinybė gerai sumaišyti kuro komponentus, sunku išlaikyti aukštą slėgį degimo kameroje, nevienodas kuras. degimas, stiprus degimo kameros ir purkštuko sienų įkaitimas, uždegimo sunkumai, korozinis oksidatoriaus poveikis degimo kameros sienoms.

Norint išspręsti visas šias problemas, naudojama daug sudėtingų ir ne itin sunkių. inžineriniai sprendimai, todėl raketų variklis dažnai atrodo kaip girto santechniko košmaras, pavyzdžiui, šis RD-108:

Degimo kameros ir purkštukai yra aiškiai matomi, tačiau atkreipkite dėmesį, kiek yra vamzdžių, mazgų ir laidų! Ir visa tai būtina stabiliam ir patikimam variklio veikimui. Yra turbo siurblio agregatas degalams ir oksidatoriui tiekti į degimo kameras, dujų generatorius turbo siurblio agregatui valdyti, aušinimo gaubtai degimo kameroms ir purkštukams, žiediniai vamzdžiai ant purkštukų kuro aušinimo uždangai sukurti, šaka vamzdis, skirtas išleisti atliekų generatoriaus dujas ir drenažo vamzdžius.

Išsamiau apsvarstysime skystojo kuro variklio veikimą viename iš šių straipsnių, tačiau kol kas pereiname prie paskutinio tipo variklių: vieno komponento.

Tokio variklio veikimas grindžiamas kataliziniu vandenilio peroksido skaidymu. Tikrai daugelis prisimenate savo mokyklos patirtį:

Mokykla naudoja vaistinėje 3% peroksido, tačiau reakcija naudoja 37% peroksido:

Galima pastebėti, kaip iš kolbos kaklo jėga (žinoma, sumaišytas su deguonimi) išeina garų srovė. Kas nėra reaktyvinis variklis?

Vandenilio peroksido varikliai naudojami erdvėlaivių padėties valdymo sistemose, kai nereikia didelės traukos vertės, o variklio konstrukcijos paprastumas ir maža masė yra labai svarbūs. Žinoma, naudojamo vandenilio peroksido koncentracija yra toli gražu ne 3% ar net 30%. Šimtu procentų koncentruotas peroksidas reakcijos metu suteikia deguonies ir vandens garų mišinį, pašildytą iki pusantro tūkstančio laipsnių. aukštas spaudimas degimo kameroje ir didelis dujų srautas iš purkštuko.

Vieno komponento variklio konstrukcijos paprastumas negalėjo pritraukti mėgėjų raketų dėmesio. Štai mėgėjų vientiso variklio pavyzdys.

1 .. 42> .. >> Kitas
Žemas alkoholio užpylimo taškas leidžia jį naudoti įvairiose aplinkos temperatūrose.
Alkoholis gaminamas labai dideliais kiekiais ir nėra retas kuras. Alkoholis neturi korozinio poveikio struktūrinėms medžiagoms. Tai leidžia naudoti palyginti pigias medžiagas alkoholio talpykloms ir greitkeliams.
Metilo alkoholis gali būti pakeistas etilo alkoholiu, kuris suteikia šiek tiek prastesnės kokybės degalus. Metilo alkoholis bet kokiomis proporcijomis sumaišomas su etilo alkoholiu, todėl jį galima naudoti trūkstant etilo alkoholio ir tam tikra proporcija įpilti į kurą. Skystas deguonis degalų pagrindu naudojamas beveik tik tolimojo nuotolio raketose, kurios dėl didelio svorio reikalauja raketą užpildyti komponentais paleidimo vietoje.
Vandenilio peroksidas
Vandenilio peroksidas H2O2 gryna forma (t. Y. 100% koncentracija) technologijoje nenaudojamas, nes tai yra labai nestabilus produktas, galintis savaime suskaidyti ir lengvai paversti sprogimu veikiant bet kokiam iš pažiūros nereikšmingam išoriniam poveikiui: smūgiui, apšvietimui, menkiausia tarša organinėmis medžiagomis ir kai kurių metalų priemaišomis.
Raketoje naudojami "stabilesni, labai koncentruoti (dažniausiai 80"% koncentracijos) vandenilio peroksido tirpalai vandenyje. Siekiant padidinti atsparumą vandenilio peroksidui, pridedami nedideli kiekiai medžiagų, kurios neleidžia savaime suskaidyti (pavyzdžiui, fosforo rūgštis). 80% vandenilio peroksido naudojimas šiuo metu reikalauja tik įprastų atsargumo priemonių, reikalingų tvarkant stiprius oksidatorius. Šios koncentracijos vandenilio peroksidas yra skaidrus, šiek tiek melsvas skystis, kurio užšalimo temperatūra yra –25 ° C.
Vandenilio peroksidas, suskaidytas į deguonį ir vandens garus, išskiria šilumą. Šis šilumos išsiskyrimas paaiškinamas tuo, kad peroksido susidarymo šiluma yra - 45,20 kcal / g -mol, o
126
Ch. IV. Raketinių variklių kuras
o vandens susidarymo šiluma lygi -68,35 kcal / g -mol. Taigi, skaidant peroksidą pagal formulę H2O2 = --H2O + V2O0, išsiskiria cheminė energija, lygi 68,35-45,20 = 23,15 kcal / g-mol arba 680 kcal / kg skirtumui.
Vandenilio peroksidas 80e / o-oji koncentracija gali suskaidyti esant katalizatoriams, išskiriant 540 kcal / kg šilumos ir išskiriant laisvą deguonį, kuris gali būti naudojamas kuro oksidavimui. Vandenilio peroksidas turi didelį savitąjį svorį (1,36 kg / l esant 80% koncentracijai). Neįmanoma naudoti vandenilio peroksido kaip aušinimo skysčio, nes jis neužvirsta kaitinant, bet iš karto suyra.
Kaip medžiagos, skirtos variklių, veikiančių peroksidu, cisternoms ir vamzdynams, gali būti naudojamas nerūdijantis plienas ir labai grynas (priemaišų kiekis iki 0,51%) aliuminis. Vario ir kitų sunkiųjų metalų naudojimas yra visiškai nepriimtinas. Varis yra galingas vandenilio peroksido skilimo katalizatorius. Tam tikroms plastikų rūšims galima naudoti tarpiklius ir sandariklius. Patekus ant odos su koncentruotu vandenilio peroksidu, atsiranda sunkių nudegimų. Organinė medžiaga, užklupusi vandenilio peroksidą, užsidega.
Vandenilio peroksido kuras
Vandenilio peroksido pagrindu buvo sukurtos dvi degalų rūšys.
Pirmojo tipo degalai yra dalinio tiekimo kuras, kuriame deginant deguonį naudojamas deguonis, išsiskiriantis suskaidant vandenilio peroksidą. Pavyzdys yra degalai, naudojami aukščiau aprašytame orlaivio perėmėjo variklyje (p. 95). Jį sudarė 80% vandenilio peroksido ir hidrazino hidrato (N2H4 H2O) mišinio su metilo alkoholiu. Kai į kurą pridedamas specialus katalizatorius, šie degalai savaime užsiliepsnoja. Santykinai mažas kaloringumas (1020 kcal / kg), taip pat maža degimo produktų molekulinė masė lemia žema temperatūra degimas, o tai palengvina variklio darbą. Tačiau dėl mažo kaloringumo variklis turi mažą savitąją trauką (190 kg / kg).
Naudojant vandenį ir alkoholį, vandenilio peroksidas gali sudaryti santykinai sprogius trišakius mišinius, kurie yra vieno komponento kuro pavyzdys. Tokių sprogių mišinių kaloringumas yra palyginti mažas: 800–900 kcal / kg. Todėl vargu ar jie bus naudojami kaip pagrindinis raketinių variklių kuras. Tokie mišiniai gali būti naudojami garų ir dujų generatoriuose.
2. Šiuolaikiniai degalai raketų varikliai
127
Koncentruoto peroksido skilimo reakcija, kaip jau minėta, plačiai naudojama raketų technologijoje, kad gautų garo dujas, kurios pumpuojant yra turbinos darbinis skystis.
Taip pat žinomi varikliai, kuriuose peroksido skilimo šiluma sukėlė trauką. Tokių variklių specifinė trauka yra maža (90–100 kg / kg).
Peroksidui skaidyti naudojami dviejų tipų katalizatoriai: skystas (kalio permanganato tirpalas KMnO4) arba kietas. Pastarąjį geriau naudoti, nes dėl to skysto katalizatoriaus tiekimo į reaktorių sistema yra nereikalinga.