Нуржанбеков Аскар, 18 лет
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
"Уфимский государственный авиационный технический университет"
"Уфимский авиационный техникум"
Выполнил: Нуржанбеков А.Б.
Научный руководитель: Дикова Ф.А
Альтернативное топливо,
каковы перспективы его применения в авиации
План:
Введение.
-
Историческое исследование вопроса
-
Принцип работы на базе ионизированного газа
-
Сравнительный анализ двигателя
Заключение.
Список используемой литературы
Введение
В настоящие время тема альтернативного топлива очень важна. В связи с прессингом со стороны общественности и экологов, которые отмечают, что увеличение объема перевозок наносит серьезный ущерб окружающей среде, к тому же авиация является одним из самых крупных потребителей горюче-смазочных материалов. В виде альтернативного топлива может выступить ион. Ион - это атом без одного или несколько электронов, можно получать огромное количество ионов из инертного газа.
Применение альтернативного топлива для гражданской или военной авиации нецелесообразно, нужно смотреть в будущее и применять новый вид топлива для межпланетных полётов. Ведь ресурсы земли не восстанавливаются с такой же скоростью, как человек потребляет их. Спустя сколько-то лет нефть, газ, уголь исчезнут[1]. Поэтому я рассматриваю ионный двигатель в виде перспективы.
Целью работы является рассмотрение вопросов альтернативного топлива и каковы перспективы его применения.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
- выполнить историческое исследование вопроса;
- рассмотреть работы на базе ионизированного газа;
- проанализировать достоинства и недостатки.
1.Историческое исследование вопроса
Концепция ионного двигателя была выдвинута в 1917 году Робертом Годдардом, а в 1954 году Эрнст Штулингер детально описал эту технологию, сопроводив её необходимыми вычислениями.
В 1955 году Алексей Иванович Морозов опубликовал статью «Об ускорении плазмы магнитным полем». Первый американский функционирующий ионный электростатический двигатель был построен под руководством Гарольда Кауфмана в 1959 году. В 1964 году прошла первая успешная демонстрация ионного двигателя в суборбитальном полёте (SERT I). Двигатель успешно работал в течение запланированной 31 минуты. В 1970 году прошло испытание, призванное продемонстрировать эффективность долговременной работы ртутных ионных электростатических двигателей в космосе (SERT II).
Тем временем в Советском Союзе продолжалась разработка и улучшались характеристики ионного двигателя . Были разработаны и применялись различные типы ионных двигателей для различных типов космических аппаратов.
На космическом аппарате Deep Space 1, использовался ионный двигатель ,первый запуск двигателя осуществлен 10 ноября 1998 г .
Аэрокосмическое агентство NASA объявило что её улучшенный ионный двигатель на ксеноне успешно работает на протяжении уже 48 000 часов, то есть в течение пяти с половиной лет без остановки.
В 2018 году инженеры собираются провести новую серию тестов и в конечном итоге посмотреть на работу двигателя, который будет оперировать в течение 100 часов без перерыва. Инженеры также ведут разработку системы экранирования, которая защитит стенки ускорителя от воздействия раскаленной плазмы, что позволит двигателю работать гораздо дольше, возможно, даже в течение нескольких лет.
В начале 1980-х годов в конструкторском бюро Н. Кузнецова были разработаны авиационные двигатели, предназначенные для пассажирских самолётов Туполева. Эти двигатели, работающие на водороде, прошли стендовые и лётные испытания в составе борта Ту-155. События в России в конце 1980-х — начале 1990-х годов не позволили довести работы по водородным авиадвигателям Н. Кузнецова до широкого их применения в транспортной и пассажирской авиации. К настоящему времени сохранились несколько законсервированных работоспособных авиационных двигателей Н. Кузнецова на складах КБ в Самаре [4].
2. Принцип работы на базе ионизированного газа
Ионный двигатель — тип ракетного двигателя, принцип работы которого основан на создании реактивной тяги на базе ионизированного газа, разогнанного до высоких скоростей в электрическом поле. Ионный двигатель работает по принципу ионизации топлива (чаще всего в таких случаях используются газы ксенон или аргон). Работа двигателя заключается в ионизации газа и его разгоне электростатическим полем. Это позволяет значительно уменьшить расход реактивной массы ионизированного газа по сравнению с расходом реактивной массы в химических ракетах, но требует больших затрат энергии. В ионизатор подаётся топливо, которое само по себе нейтрально, но при бомбардировании высокоэнергетическими электронами ионизируется (рис.1) пролетая ускоритель и разгонятся примерно до 50км/с и ракета движется согласно третьему закону Ньютона. Недавние испытания ускорителя X3 показали, что установка способна работать при мощности более 100 кВт и генерировать 5,4 ньютона силы, что на данный момент стало высшим показателем эффективности для любого ионного двигателя [4].
Рис.1 Cхема ионного двигателя
Все описанное выше требует большого количества электрической энергии, примерно 25 кВт на ньютон тяги. Для этого потребуется обзавестись источником энергии с силой около 25 МВт (мегаватт). Для такого уровня подойдет ядерная энергия, которая вырабатывается ядерным реактором, установленным в 100-тонном космическом корабле. К счастью технологии довольно активно развиваются, и в направлении создания компактных ядерных реакторов работы уже ведутся. Более того, NASA и DOE работают вместе над проектом Fission Surface Power Project, сутью которого является размещение на поверхности Луны и Марса маленьких ядерных электростанций. Задачей проекта является создать в ближайшие 10 лет реактор мощностью 40 кВт, который при этом не будет весить больше 5000 кг.
Однако, так как это цепная реакция, и сила тяги увеличивается очень медленно и постепенно, понадобится приблизительно полгода, чтобы разогнаться до двухсот километров в секунду. Примерная стоимость составляет 20000 $ [2].
3. Сравнительный анализ двигателя
Из недостатков можно выделить:
-необходимость использования электричества (солнечных батарей просто не хватит для работы таких приборов, как ионные двигатели)
- необходимость создание системы охлаждения для такого двигателя
-быстрый износ двигателя из-за большого ионного «выхлопа»
Достоинствами ионного двигателя является :
-создание большой тяга
-скорость истечения ионов (примерно 50км/с километров в секунду)
-количество потребляемого топливо
-габаритные размеры двигателя [3].
Заключение
Проведенный выше анализ показывает, что ионный двигатель на альтернативном топливе является самым наилучшим выбором для использования в космическом пространстве, за счет своих преимуществ.Для авиации обычно используют авиационный керосин: РТ ,ТС-1, Т-6 и Т-8В , но наиболее эффективное ионное топливо.
Источники информации:
- https://hi-news.ru
- https://www.syl.ru
- https://2ou.ru
- https://ru.wikipedia.or
| 
