Суббота, 27.05.2017, 01:47
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?

Выполнил:Соколов Данил Андреевич

Возраст: 18 лет.

Место учебы: Уфимский авиационный техникум

Город, регион: г. Уфа, республика Башкортостан

Руководитель: Дикова Ф.А. 

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

  Содержание:

  1. Введение.
  2. Развитие атомных самолетов в США.
  3. Развитие атомных самолетов в СССР.
  4. Подробный разбор принципа работы атомного двигателя.
  5. Выводы автора. 
  6. Список литературы.

 Введение.

Для того, чтобы ответить на вопрос: "Есть ли будущее у атомных самолетов", разберем, для начала, что из себя вообще представляет данный летательный аппарат.

"Атомный самолет(атомолёт) — атмосферное летательное устройство с ядерной силовой установкой.

                                                                                                                                                                                       — Википедия. 

Проведя анализ, я пришел к выводу: что данный вид самолетов можно подразделить на несколько условных групп:

  • "Классический" — в роли двигателя выступает ядерная силовая установка, планер выполнен в стандартном для самолета виде. 

 

                               Американский атомолёт WS-125                                                                                           Советский атомолёт М-30

  • "Гидроатомолет" — в роли двигателя выступает ядерная силовая установка, планер выполнен по типу гидросамолета или экраноплана/экранолета.

      Модернизация британского гидросамолета "Saunders-Roe Princess"                                               Советский гидроатомолет М-60

                                          в гидроатомолет            

Аналогичным образом я разделил по принципу работы и ядерные силовые установки:

Теперь, когда есть фундаментальное преставление об атомолётах, можно углубится в историю их конструирования и испытания, двумя сверхдержавами: США и СССР.

 

Развитие атомных самолетов в США.

Первое упоминание о самолете с ядерной силовой установкой было сделано Энрико Ферми, приблизительно в 1942 году.

Чуть позднее, в 1946, Кертис Лемей вынес на обсуждение проект, в год спустя начались первые конструкторские работы, командовать которыми, в скором времени, начал Лемей.

Первое время программа атомолёта  в США имела недоверие со стороны призидента — Гарри Трумэна, который для большего контроля над военными ядерными исследованиями организовал гражданский орган "Комиссия по ядерной энергии", где являлся главой. Совместно с ВВС комиссия разработала техническое задание для атомного самолета, не только для военной, но и для гражданской авиации. Военный атомный самолет был — бомбардировщиком, а гражданский — атомным-гидросамолетом. Начались крупные конструкторские работы, и в 1951 году было получено разрешение на постройку двух тестовых самолетов. Приоритетными задачами были: проведение испытаний радиационной защиты пилотов и окружающей среды. (Интересный факт: пилотов подбирали строго не детородного возраста, из-за угрозы облучения). Первая летающая атомная лаборатория была сделана к 1953 году на основе бомбардировщика В-36. Реактор располагался в бомбо-отсеке, в качестве защиты от радиации использовали около 12 тонн свинца, и водные прослойки в фюзеляже в районе кабины и хвоста. Лаборатория получила кодовое название "NB-36" и совершила первый полет 17 августа 1955 года.

                                                                                                             Американская летающая атомная лаборатория "NB-36"

В период с 1955 по 1957 год NB-36 совершил 57 успешных вылетов (Интересный факт: при каждом вылете лаборатории за ним вылетал самолет сопровождения с морскими пехотинцами, чтобы, в случае падения — оцепить район и эвакуировать близлежащих жителей). После тестовых полетов было принято решение разделить задачи по конструированию: ВВС занималось планером, а "Комиссия по ядерной энергии" — ядерным двигателем. Работы по проектированию и сборке двигателя велись двумя американскими фирмами: "Generel electric" и "Pratt whitney", которые выбрали прямоточную и не прямоточную системы, соответственно. Вскоре воздушные силы США определились с конструкцией планера, и дали её кодовое название "WS-125".

                                                                                                           Перспективный проект США "WS-125"

Конструктора планера столкнулись с проблемой большого веса из-за применения, в защите от ядерного излучения, тяжелого свинца. Велись работы по поиску аналогичного, но более легкого материала. У КБ проектирующего двигатель тоже появились "подводные камни": реактор получался большой и тяжелый. Вскоре у ВВС США появился конкурент в виде ВМС США, которые увидели в ядерной энергии большие перспективы. "Моряки" смотрели в сторону гидроатомолёта, и обратились за помощью в Англию, у который имелся гидросамолет подходящий для испытаний: "Pribces" сконструированный компанией "Saunders-Roe". После проведения исследовательских работы, ВМС приняло решение отказаться от атомного гидросамолета в пользу атомных субмарин. В 1956 году компанией "General electric" был собран первый авиационный ядерный двигатель, но протестировать его она не смогла, так как из-за подозрений Дэвида Эзенхауэра в том, что военные специально проталкивают свои проекты, пользуясь тем, что он являлся генералом армии США, было урезано финансирование программы. Годом позже были свернуты конструкторские работы по "WS-125", а летающую лабораторию "NB-36" разобрали и захоронили.Частично финансировались только работы над двигателем. Новое дыхание проект получил благодаря статье в авторитетном военном издании: "Aviation week", которая имела говорящий заголовок: "Советский союз тестирует атомный бомбардировщик".

 

После этого президентом было принято решение об увеличении финансирования программы, но с изменением штата "Комиссии по ядерной энергии", набрав туда людей, которым доверял. Работы по программе велись вплоть до 1961 года, когда к власти пришел Джон Кеннеди, он свернул её на 95%. Оставшиеся 5% были направлены на ядерный двигатель. "General electric" добилась определенных успехов, и провела ряд испытаний полностью автономного двигателя. Но, несмотря на это, год спустя программу атомного самолета закрыли полностью. Доктор Гейберт Йорк, бывший одним из руководителей программы, выделил три основные причины провала проекта:

  1. Самолеты иногда падают, и мысль что где-то летает ядерный реактор, который может упасть — неприемлема.
  2. Прямоточные системы, реакторы, непосредственная передача тепла — всё это приводит к выбросу радиоактивных частиц в атмосферу.
  3. Сами летчики, вопрос их защиты стоял очень серьезно.

В ХХ веке в США больше не вспоминали по ядерную энергию в качестве авиационного движителя. Но в 2003 году было сделано заявление, что научно-исследовательская лаборатория ВВС США профинансировала разработку беспилотного летательного аппарата на ядерном двигателе. Проектирование ведет компания "Northrop Grumman", сам ПБЛА получил название "Global Hawk". Это последнее упоминание об атомном самолете в США.

                                                                                                     Беспилотный летательный аппарат "Global Hawk"

Развитие атомных самолетов в СССР.

В СССР начало программы атомного самолета датируется 1955 годом, фактическим основателем её был Игорь Васильевич Курчатов.

Работа ведется в сверхсекретном и ускоренном режиме. Разделив постройку атомного самолета на две основные части: планер и двигатель, их отдали на разработку в четыре разных конструкторских бюро. Сверхурочная работа на просто приветствовалась и поощрялась, она была нормой. Работали не сколько за зарплату, сколько за идею.

В виду строгой секретности велась доскональная проверка всех участников программы органами КГБ. Но, несмотря, на тотальную секретность данные просачивались.

Через некоторое время КБ Мясищева предлагает два варианта планера:

Но не один из них не допустили к испытательным работам. Атомный самолет считали "козырной картой", и денег на разработку не жалели. На руку советским инженерам сыграло и то, что они получали много разведывательных данных о работах над аналогичным проектом в США.

Необходим был компактный и мощный реактор, до определенного времени в этом не могли достигнуть успеха и Андрей Туполев говорил по этому поводу: "Ваш реактор похож на огромный дом, так знайте же, что дома по воздуху не летают". Последующие успехи в разработке реактора привели к созданию агрегата размером с небольшой шкаф, что вызвало удивление даже у Игоря Курчатова. Реактор вывезли на полигон в Семипалатинске, простейшие испытания провели на земле, облучая разные материалы: от картошки до стали. Результаты показали высокое содержание радиоактивных частиц в газовой струе.

                                                                                                                  Семипалатинский испытательный полигон.

В 1959 году прошло совещание по основным вопросом проекта, в числе участников были такие люди как: Курчатов, Королев, Келдыш, Янгель. Ключевой речью стала речь Курчатова, который выглядел очень больным, он сказал: "Ребята, посмотрите на меня, видите я какой? И знаете почему? Потому что я не смог защитить себя от радиации, а вот вы это поднимете, и куда полетят радиоактивные осадки?". После совещания было принято решение изменить основной вектор с создания принципиально нового двигателя, на создания экологически чистой ядерной силовой установки. Определенных успехов в это добилось КБ А. Люльки, которое построило фильтр — здание в 14 этажей, только два из которых были над землей. В нем проводились все испытания, поэтому двери между кабинетами и лабораториями были толщиной в полтора метра, и сделаны из свинца. Несмотря на все трудности Мстислав Келдыш был уверен в создании двигателя.

В 1960 году был достигнут первый серьезный успех — реактор испытанный на земле, модернизировали, начав подготовку по созданию летающей атомной лаборатории. Но этому году суждено было стать черным для атомолёта и авиации в целом: в феврале скончался Игорь Курчатов, а в декабре постановлением ЦК КПСС выходит указ: "О сворачивании всех перспективных разработок самолетов". Но перерыв длился недолго: в 1961 году дали добро на испытания, уже готовой к этому времени летающей лаборатории. Резко поменять решение относительно атомного самолета правительство заставило известие из-за рубежа: "Американцы далеко продвинулись в разработках, вплотную подойдя к созданию атомного самолета", СССР отставать не хотел. 

За основу летающей лаборатории был взят Ту-95, реактор разместили в хвостовой части, кабину изолировали двумя плитами: десяти сантиметровой свинцовой, и двадцати сантиметровой из полиэтилена и церезина. Проведенные испытания позволили сделать первые расчеты, показав что облучаются многие узлы самолета, возникала необходимость делать "рубашку". А так-же из-за сильного облучения корпуса, появлялась ставить атомолёт в отстойник, и организовать отвод тепла с двигателя, для окончательной остановки реактора. Окончательный анализ позволил ОБК Туполева спроектировать планер, проект получил название "Ту-120".

 

Работы велись без энтузиазма, с которым начались, а с приходом к власти Джона Кеннеди, который свернул разработку атомного самолета в США, и начал вести агрессивную политику ядерного разоружения, главный заказчик — военные и правительство Советского Союза утратило интерес к программе. 

                                                                                                                                         Американская атомная подводная лодка типа "Джордж Вашингтон"

Слабо, но все же разжечь, его удалось с развитием у Америки атомных субмарин типа «Джордж Вашингтон» оснащенных баллистическими ракетами «Поларис», которые стали сильной угрозой. Основой «охотника за подводными лодками» должен был стать модернизированный Ан-22, провелась титаническая работа по доработке защиты от радиации, и благодаря наработкам КБ «Люльки», в этом были достигнуты высокие успехи. Было проведено свыше 20 тестовых полетов, позволивших оптимизировать конструкцию. На их основе было принято решение сделать гидравлическое охлаждение реактора, что существенно снизило радиоактивное влияние на окружающую среду. Рассматривался и проект экраноплана с ядерной силовой установкой, так как его характеристики идеально подходили для целей военных. Но, к сожалению, в 1966 окончательно закрыли программу атомных самолетов, сделав проект одним из уникальных, и великолепных инженерных трудов, который так и не вышел за пределы бумаги и тестов. И, единственное, в чем не может отказать себе человек рассуждать: «А что было бы если. За этой фразой оживает идеальная авиация, для которой нет преград и барьеров»

Подробный разбор принципа работы атомного двигателя.

Ключевым принципом работы атомного двигателя является нагрев воздуха, путем передачи тепла с реактора. Существовало два основных принципа передачи тепла, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.

В прямоточной системе тепло с реактора идет на нагрев воздуха сразу, проходя систему из фильтров. Такой подход зарекомендовал себя с худшей точки: фильтры изнашивались и радиоактивные частицы попадали в атмосферу. В не прямоточной системе тепло с реактора сначала нагревает рабочее тело( в СССР, например, использовали жидкий металл — натрий) а уже после отдается на нагрев воздуха. Несмотря на сложность изготовления, окончательный выбор обоих держав упал именно на этот вариант атомного двигателя.

                                                                                                                                    Советские атомные двигатели.

Открытым оставался только вопрос экранирования или поглощения заряженных частиц, производимых работой реактора. Этот вопрос окончательно решен не был не в США, не в СССР. Но одно можно утверждать точно: если бы гонка атомных самолетов не прекратилась, решение было бы найдено.

Выводы автора.

Теперь, когда мы знаем о прошлом данного вида летательных аппаратов, я выражу свои мысли, и отвечу на вопрос всей работы: « Есть ли будущее у атомных самолетов?» — Да, есть. За половину века многое изменилось:  появились новые материалы, ядерная энергия стала более контролируемой, самолеты стали наиболее автономные, инновационные системы контроля и тестирования. В этом свете — три пункта, о которых рассуждал доктор Йорк, становятся обычными задачами, которые можно решить.

— “Во-первых, самолёты иногда, бывает, падают. И сама по себе мысль о том, что где-то летает ядерный реактор, который вдруг может упасть, была неприемлемой”.

Глядя на то, как просторы моря и космоса бороздят агрегаты, в основе которых лежит атомная энергия, можно смело утверждать: что даже если такой самолет упадет, то очагов загрязнения не возникнет. Возможно, одним из решений данной проблемы будет — помещение реактора в «систему эвакуации», подобную системе спасения пилотов. Тогда, в аварийной ситуации, реактор катапультируется, или сбросится с самолета, и невредимо спуститься на землю.

— “Во-вторых, все эти прямоточные системы, прямоточные реакторы, непосредственная передача тепла, неизбежно приводили бы к выбросам радиоактивных частиц из хвоста самолёта”.

Ядерные реакторы используют на благо человечества уже не первый десяток лет, за это время, были разработаны и применены новые способы очистки радиоактивных отходов, и применяя методы из энергетической промышленности в авиации, возможно с доработкой, мы получим двигатель, с незначительным или без загрязнения атмосферы заряженными частицами.

— “И в-третьих — это сами лётчики. Вопрос их защиты стоял очень серьёзно”.

Аналогично второму пункту, вопрос защиты от радиации можно решить, если он уже не решен в достаточной мере. Возможно, что-то стоит позаимствовать у пилотируемой космонавтики, где экспедиции проходят под действием космической радиации.

Еще одним из важных вопросов стоит вопрос выносливости человека. Полеты месяцами не под силу обычному человеку, пусть даже команде. Но и этот вопрос можно решить, сделав атомный самолет — беспилотным летательным аппаратом. Подведя итог:  я считаю, что создание атомолёта возможно и нужно, данный летательный аппарат, сможет исследовать отдаленные «уголки» земли. Ну, или, например, отправлять информацию с мест катастроф; исследовать и проводить мониторинг льдов и акваториев Арктики; помогать капитанам судов в шторм, или при крушении. Применений атомолёту можно найти много, но у него лишь один недостаток: его не существует. 

Список используемой литературы.

  1. «Ядерная жар-птица» — статья в журнале «Наука и жизнь», №6 за 2008 год.
  2. «Самолеты, которые никогда не летали — Атомный бомбардировщик». Discovery Channel, 2003-2005.
  3. «Авиационные атомные силовые установки: история развития идеи и конструкции. Часть 2.» — Кудрявцев В.Ф.
  4. «Атомолет и другие неудачные проекты» — Кинокомпания «Совинфильм».
  5. Большое количество статей на ru.Wikipedia.org
  6. http://down-house.ru/blog/avia/41041-atomnyy-samolet.html
  7. http://timemislead.com/tehnicheskie-dostizheniya/samolet-s-yadernoy-silovoy-ustanovkoy-atomolet
  8. http://engine.aviaport.ru/issues/30/page22.html
  9. http://masterok.livejournal.com/902924.html
  10.  http://masterok.livejournal.com/1292401.html
  11.  http://www.pravda.ru/science/eureka/inventions/09-01-2014/1186578-reaper-0/ 

Категория: Двенадцатая олимпиада (2014/15 уч.год) | Добавил: Service (29.12.2014) | Автор: Соколов Данил Андреевич W
Просмотров: 1136 | Рейтинг: 4.5/4
Всего комментариев: 0
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 (9141)
Кузьминова Анастасия Олеговна (6627)
Бадакова Анастасия (6618)
Чеховская Алена Алексеевна (4604)
Кошманов Илья Игоревич (4284)
Иванов Семен Владимирович (4092)
Беляева Александра Сергеевна (3941)
Пушинская Кристина Валерьевна (3885)
Ахметшин Тимур (3654)
Рафаэль (3516)
Мини-чат
Техподдержка
E-mail отправителя *:


Тема письма:


Текст сообщения *:



Форум техподдержки
Наш логотип
«Олимпиада Можайского»
Организатор

Copyright: Клуб авиастроителей ©2017