Суббота, 24.06.2017, 01:19
Приветствую Вас Гость | RSS
Четырнадцатая олимпиада посвящена 100-летию выдающегося советского авиаконструктора Р.Е.Алексеева
QR-код сайта
Форма входа
...
Главное меню
ОБЩАЕМСЯ
Архив
...
Грант Президента
Поиск
Система Orphus
Главная » Статьи » Архив работ » Двенадцатая олимпиада (2014/15 уч.год)

Есть ли будущее у атомных самолетов?
 

Автор: Ятленко Александр Владимирович

Возраст: 16 лет
Место учебы: г.Таганрог ГБОУ РО НОШИ с ПЛП
Город: Новочеркасск

Руководитель: Сухойван Александр Григорьевич, ГБОУ РО НОШИ с ПЛП

Историко-исследовательская работа на тему: "Есть ли будущее у атомных самолетов?"

План:
1.Введение

2.История вопроса

    2.1.Разработки в СССР

         2.1.1. Разработки КБ Мясищева

         2.1.2. Разработки КБ Туполева

         2.1.3. Ан-22 "Антей"

    2.2.Разработки в США

3.Выводы от автора

     

Введение:
С разработкой атомных технологий для получения атомной энергии, возник вопрос о возможности применения атомной энергии в военных целях,кроме атомных бомб. В то время как раз начали появляться атомные подводные лодки и атомные ледоколы. И возник вопрос, а нельзя ли создать самолет на атомной тяге?
В чем недостатки самолета на обычном керосине? Все достаточно просто, взять на борт топлива самолет может относительно немного,так как емкость баков ограничена, а энергоемкость керосина не велика. Следовательно мы получаем достаточно ограниченный радиус действия и время нахождения в воздухе, что есть огромный минус для любого вида авиации. Другим параметром, делающим атомный самолет более привлекательным-это стоимость керосина.
Идея создать атомолет родилась параллельно в СССР и США во время холодной войны. Шла гонка вооружения. Из-за отсутствия баллистических ракет у обоих сверхдержав, они очень нуждались в средствах доставки атомных бомб. А самолет с ядерной тягой был бы отличным переносчиком грузов на любые расстояния. В начале пятидесятых годов, принципиальная возможность создания атомолета была научно обоснована.

Принцип работы атомного двигателя практически очень прост, проще принципа реактивного двигателя. Просто берется воздух, вводится в реактор, который мгновенно его нагревает, без какой-либо химической реакции воздух расширяется, с силой вылетает и толкает самолет вперед. Принцип работы был прост, а вот техническое решение - нет. Разработали два варианта - прямоточный и не прямоточный. Для первого типа характерными чертами были: простота конструкции, отсутствие подвижных частей, а минусом является облученный воздух, выходящий из сопла двигателя. Отличительным свойством второго варианта был так называемый "чистый" принцип работы, что сразу же привело к увеличению массы и сложности конструкции силовой установки. 


История вопроса:
Работы по созданию атомолета параллельно начались в СССР и в США в 1955 году. Считалось,что кто первым выведет на арену атомного монстра, тот одержит победу в холодной войне. Работы в обеих странах шли сверх напряженно. Денег на разработки обе стороны не жалели.

Разработки в СССР:

 В СССР Проектировать планер поручают КБ Туполева и КБ Мясищева. Схему ядерного двигателя было приказано разработать КБ Кузнецова и КБ Люльки. На этом этапе советская программа по созданию летательных аппаратов с ядерной силовой установкой разделилась на несколько проектов, отличавшихся друг от друга типов самого планера и конструкцией двигателя.

Разработки КБ Мясищева:

Атомолет М-60

 

Первый вариант спроектированный Мясищевским КБ - М-60. Поначалу проект самолета казался простым. Предполагалось поставить на разрабатываемый бомбардировщик М-50 ядерные турбореактивные двигатели, что не потребовало бы дополнительных времени и сил на разработку нового планера. В проекте нужно было решить массу вопросов, которые раньше не вставали перед отечественными авиастроителями. В первую очередь вопросы вызывала защита экипажа от излучаемой радиации. Вторая серьезная проблема касалась безопасности наземного персонала. Обслуживание данной техники требовало чего-то нового, например, создания неких систем для дистанционной работы с узлами самолета. Сам планер самолета нужно было делать из новых сплавов, так как конструкция построенная в соответствии со старыми технологиями не переносила бы такие радиационные и тепловые нагрузки. Все технические проблемы, связанные с характерными особенностями нового двигателя заставили конструкторов полностью пересмотреть свои идеи. Они приняли решение,что планер самолета М-50 нельзя использовать вместе с ядерным двигателем. Так появился обновленный облик проекта М-60. Теперь атомолет выглядел как среднеплан с тонким трапециевидным крылом. В передней части фюзеляжа, перед крылом разместили воздухозаборники полукруглого сечения. Четыре ядерных турбореактивных двигателя открытого цикла поместили в самом хвосте фюзеляжа.  В носу М-60 предполагалось установить многослойную капсулу-кабину экипажа. капсула не имела никакого остекления для обеспечения должного уровня защиты пилотов. Наблюдение за обстановкой летчики должны были вести при помощи специальных приборов,а так же при помощи радиолокационной станции. Была даже идея сделать М-60 полностью беспилотным, но военные настояли на создании пилотируемого самолета. Предварительные расчеты показали, что при взлетном весе порядка 250 тонн самолет М-60 должен иметь тягу двигателей на уровне 22-25 тонн каждый. При таких двигателях бомбардировщик на высотах около 20 километров мог бы летать со скоростью порядка 3000 км/ч.

К концу разработки проекта М-60 и заказчик, и конструкторы пришли к не слишком приятным выводам относительно перспектив атомолетов. Все признавали,что при всех своих плюсах ядерные двигатели имеют ряд серьезных недостатков, как конструктивного, так и радиационного характера. Работы по созданию М-60 были закончены.

 

Атомолет М-30

Мясищев убедил военных в необходимости дальнейшего продолжения исследований и конструкторских работ.  К тому же у него был новый проект, который подразумевал установку ядерных двигателей закрытого типа. Новый самолет получил название М-30. В середине фюзеляжа  самолета размещались грузоотсек и реактор,а в хвостовой части шесть ядерных турбореактивных двигателей закрытого цикла. Энергетическая установка для М-30 подразумевала передачу тепла от реактора к воздуху через теплоноситель. Кроме того, конструкция ядерных ТРД закрытого типа позволяла использовать в них обычный керосин, что обещало упростить эксплуатацию самолета. Благодаря применению трубопровода с теплоносителем, реактор можно было надежно закрыть изолирующими конструкциями. И наконец, двигатель не выбрасывал в атмосферу радиоактивное вещество, что позволило упростить систему вентиляции кабины пилотов.

В целом, использование двигателя закрытого типа оказалось более выгодным по сравнению с предыдущим вариантом. В первую очередь выгода была в весе. Но не смотря на это расчетные летные характеристики М-30 не значительно отличались от М-60. Первый полет нового бомбардировщика с ядерным двигателем был запланирован на 1966 год. Однако за несколько лет до этого все проекты с литерой "М" были свернуты. Сначала это КБ привлекли к работам по другой тематике, а позже его реорганизовали. Согласно некоторым источникам, инженеры этой организации не успели даже развернуть полноценное проектирование бомбардировщика М-30.

Разработки КБ Туполева:

Атомолет на базе планера Ту-95

Одновременно с КБ Мясищева свою работу начали конструкторы фирмы Туполева. Их задание было немного более простым: доработать имеющийся Ту-95 для установки в него ядерного двигателя. До конца 55-ого года конструкторы занимались проработкой различных вопросов, касавшихся конструкции самолета. Вскоре разработчики стали получать информацию о разработке атомолета в США, но сведений было крайне мало. Конструкторы приняли решение о поднятии самолета в воздух с реактором, но без использования его в качестве источника энергии. Целью пробных полетов было измерение различных параметров, в основном связанных с влиянием радиации на конструкцию самолета и его экипаж. В отличие от коллектива Мясищева, туполевцы решили защищать экипаж только с наиболее опасных направлений. Основные защитные элементы разместили за кабиной, а остальные направления прикрывались менее серьезными пакетами защитных материалов. Кроме того, в этом проекте была опробована компактная защита реактора. Все это способствовало снижение веса атомолета и повышению его летных характеристик. 

К 1958 году был построен первый пробный реактор, предназначенный для испытаний. Его поместили в габаритный имитатор фюзеляжа самолета Ту-95. В 1959 году состоялся пробный запуск реактора.  До конца года его вывели на расчетную мощность, а также доработали системы защиты и управления. Одновременно с испытаниями первого реактора шла сборка второго,предназначенного для летающей лаборатории, также переделка серийного бомбардировщика для использования в эксперименте. 

Серийный Ту-95 при переоборудовании в летающую лабораторию лишился всего вооружения и связанного с ним оборудования. Сразу за кабиной пилотов установили 5 сантиметровую свинцовую плиту и пакет из полимерных материалов толщиной в 15 см. В различных частях фюзеляжа были установлены датчики, следящие за уровнем радиации. В заднем грузоотсеке разместили экспериментальный реактор. Активная зона реактора была размещена внутри круглого защитного кожуха. Так как реактор использовался только в качестве источника излучения, его оснастили системой водного охлаждения. А заборное устройство радиатора вывели на нижнюю поверхность фюзеляжа. В экспериментальных целях защитный кожух реактора был оснащен несколькими окнами, размещенными в разных его частях. При помощи этих окон можно было увеличить излучение в определенную сторону и замерить уровень его отражения. Все сборочные работы завершились к началу 1961 года.

В мае 1961 года Ту-95ЛАЛ впервые поднялся в воздух. За следующие три месяца было выполнено 34 полета с "холодным" и работающим реактором. Все эксперименты доказали возможность размещение работающего ядерного реактора на борту самолета. Были исправлены все недостатки выявленные в ходе этих полетов. И все же авария авария подобного атомолета, несмотря на все средства защиты, грозила серьезными экологическими последствиями. К счастью, все экспериментальные полеты Ту-95ЛАЛ прошли штатно и без неполадок. 

В августе 1961 года с летающей лаборатории сняли сняли реактор, а сам самолет поставили на стоянке аэродрома. Позже, несколько лет спустя этот Ту-95 без реактора перегнали в Иркутск, где она позже был списан и порезан на металлолом. 

Проект Ту-119

По результатам испытания самолета Ту-95ЛАЛ ученые-атомщики доработали реактор для самолетов, а в КБ Туполева начали работы по созданию нового атомолета. Его предполагалось делать на основе пассажирского Ту-114 с фюзеляжем немного большего диаметра. Самолет Ту-119 хотели оснастить двумя турбовинтовыми двигателями НК-12М и двумя НК-14А. Компоновка Ту-119 напоминала размещение агрегатов на Ту-95ЛАЛ, однако на этот раз на самолете предусматривались трубопроводы для теплоносителя, соединявшие реактор и два двигателя. 

Создание турбовинтовых двигателей с теплообменниками для передачи тепла от реакторов шла не быстро из-за постоянных задержек и проблем. Ту-119 так и не получил новые двигатели НК-14А. Это и привело к срыву всех планов, проект закрыли.

Ан-22 "Антей"

Несмотря на на неудачное окончание проекта Ту-119, военные не утратили желание получить сверхдальний самолет с большой грузоподъемностью. В 1965 году за основу для него решили взять транспортный самолет Ан-22 "Антей". Внутри его широкого фюзеляжа можно было разместить и ядерный реактор, и полный набор вооружения, и специальную аппаратуру. По расчетам, продолжительность патрулирования такого могла достигать 50 часов. Взлет и посадка осуществлялись с использованием керосина, полет на крейсерской скорости - на выделяемом реактивно тепле. После сбора самолета со всеми комплектующими выяснилось,что его масса оказалась очень велика. Тогда самолет получил новую защитную конструкцию. После доработки ее масса ощутимо сократилась, но уровень защиты не только не пострадал, но даже не много вырос. В ходе десяти испытательных полетов выяснилось, что новый вариант защиты полностью себя оправдал, при чем не только в весовом аспекте.

Реактор создавался под руководством А.П.Александрова. В отличие от предыдущих конструкций, новый реактор оснащался собственными системами управления, автоматической защитой и многими другими инновациями. 

Программа испытаний под кодовым названием "Аист" началась в том же 1970 году. В ходе испытаний было проведено 23 полета, почти все прошли без нареканий. После 23 полета Ан-22 с работающим ядерным реактором на борту признали успешным. Однако и в этот раз недостатки конструкции и сложность ядерной силовой установки привели к закрытию проекта. В середине 70-х годов проект был закрыт.

Разработки в США:

В 1951 году комиссия США по ядерной энергии дала распоряжение о начале производства первого в мире экспериментального атомолета. Работа была начата с проведения опытов воздействия радиоактивного излучения реактора на человека.

В 1953 году американский бомбардировщик B-36 избирали в качестве летающей лаборатории для создания атомолета. Его бомбовой отсек подогнали под размещение атомного реактора. Изначально реактор не соединяли с двигателем. Его установили для того, чтобы просто проверить, можно ли летать с реактором на борту, не убьет ли радиация экипаж во время полета? В носовой части атомолета установили кабину для экипажа из 5 человек, защищенную 12 тоннами свинца и резины. Так же в фюзеляже и сзади кабины имелись водные прослойки, для поглощения радиации. После ряда успешных испытаний задача стояла в том, чтобы запустить самолет летающий на атомном двигателе. ВВС должны были обеспечить планер, а комиссия комиссия по ядерной энергии работающий двигатель. Задуманная двигательная система весила 80 тонн. Но эта программа так и не была воплощена в жизнь. 28 марта 1961 года президент Кеннеди прервал программу. В официальном письме правительства США по этому поводу было сказано : "...Более 15 лет и 1 млрд долларов потрачено на попытку создания самолета с ядерной силовой установкой. Но возможность применения такого самолета в ВВС в обозримом будущем представляется весьма не ясно".

Выводы от автора:

Летательные аппараты с ядерной силовой установкой(ЯСУ) имеют колоссальные плюсы, относительно летательных аппаратов с обычными турбореактивными двигателями. ЛА с ЯСУ могут находится в воздушном пространстве практически неограниченное время, по сути, количество времени в воздухе ограничивается лишь физическими способностями экипажа. Этот важный показатель уже дает существенное превосходство. Такой самолет имел бы большое преобладание в скоростных качествах, грузоподъемности, тяговооруженности и т.д. Также значительным преимуществом является экономическая выгода в эксплуатации данного ЛА. Но несмотря на все вышеперечисленные плюсы, у него присутствуют огромные минусы. Любой самолет имеет свойство падать, а при наличии на нем ядерной силовой установки может получится, что-то подобное ЧАЭС. Тем более, если такой самолет упадет в плотно заселенную местность, пострадать могут миллионы людей. 

Однако... Кто теоретически может создать ЛА с ядерной силовой установкой? Только страны большой авиационной семерки с полным циклом конструирования, производства, обслуживания и эксплуатации ЛА. США, Канада, Россия, Китай, Бразилия, Индия и Украина. В принципе заказ на ЛА с ЯСУ могут дать только страны претендующие на контроль над шельфом Арктики, либо Антарктиды. Страны имеющие собственные полярные станции и военный базы вблизи полюсов. Страна имеющая воздушный флот из таких летательных аппаратов может постоянно и автономно контролировать пространство над полюсами. А почему бы и нет? Так что в будущем, если товарищи геологи найдут в вечной мерзлоте запасы энергоносителей размером с десяток Саудовских Аравий, товарищи дипломаты ожидаемо не до чего не договорятся и будут выражать глубокую озабоченность..., а товарищи капиталисты-геополитики начнут играть в древнейшую игру " кто раньше встал, того и тапки", то товарищи ученые могут получить заказ на нечто подобное.

Категория: Двенадцатая олимпиада (2014/15 уч.год) | Добавил: Service (14.12.2014) | Автор: Ятленко Александр Владимирович W
Просмотров: 2504 | Комментарии: 2 | Рейтинг: 4.5/22
Всего комментариев: 2
2  
Вот это да! 10 лет в авиации, но ничего не слышал о разработках ЯСУ на самолетах, уже представил атомный БПЛА, летающий в недалеком будущем над Арктикой... Хорошая работа, отличный материал!

1  
Мне нравится.

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Переводчик
...
ВНИМАНИЕ!
14-Я ОЛИМПИАДА ЗАВЕРШЕНА!
ИТОГИ ПОДВЕДЕНЫ!
ПРИЁМ ЗАЯВОК НА УЧАСТИЕ В 15-Й ОЛИМПИАДЕ НАЧНЕТСЯ
1 ОКТЯБРЯ 2017 ГОДА!

Google+
Их многие читают
Щур Илья Андреевич (9778)
Кузьминова Анастасия Олеговна (7262)
Бадакова Анастасия (7251)
Чеховская Алена Алексеевна (4825)
Кошманов Илья Игоревич (4431)
Иванов Семен Владимирович (4315)
Беляева Александра Сергеевна (4166)
Пушинская Кристина Валерьевна (3947)
Рафаэль (3770)
Ахметшин Тимур (3730)
Мини-чат
Техподдержка
E-mail отправителя *:


Тема письма:


Текст сообщения *:



Форум техподдержки
Наш логотип
«Олимпиада Можайского»
Организатор

Copyright: Клуб авиастроителей ©2017