Понедельник, 22.10.2018, 08:40
Приветствую Вас Гость | RSS
Шестнадцатая олимпиада
QR-код сайта
Форма входа
...
Главное меню
ОБЩАЕМСЯ
Архив
...
Грант Президента
Поиск
Система Orphus
Главная » Статьи » Архив работ » Пятнадцатая олимпиада (2017/18 уч.год)

Альтернативное топливо, каковы перспективы его применения в авиации

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.

  1. Историческое исследование вопроса

  2. Принцип работы на базе ионизированного газа

  3. 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:

  1. https://hi-news.ru
  2. https://www.syl.ru
  3. https://2ou.ru
  4. https://ru.wikipedia.or
Категория: Пятнадцатая олимпиада (2017/18 уч.год) | Добавил: Service (30.12.2017) | Автор: Аскар W
Просмотров: 220 | Рейтинг: 3.2/4
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Переводчик
...
ВНИМАНИЕ!
ПРИЁМ ЗАЯВОК ОТКРЫТ!
ТЕСТИРОВАНИЕ НАЧАТО!
ПРИЁМ РАБОТ ОТКРЫТ!

Календарь
Google+
Их многие читают
Нет материалов
Мини-чат
Техподдержка
E-mail отправителя *:


Тема письма:


Текст сообщения *:



Форум техподдержки
Наш логотип
«Олимпиада Можайского»
Организатор

Copyright: Клуб авиастроителей ©2018