Воскресенье, 28.11.2021, 08:50
Приветствую Вас Гость | RSS
Девятнадцатая 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: 1129 | Рейтинг: 3.2/4
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Переводчик
...
ВНИМАНИЕ!
ПРИЁМ ЗАЯВОК
НА УЧАСТИЕ
В 19-й ОЛИМПИАДЕ
ОТКРЫТ!
ТЕСТИРОВАНИЕ
И ПРИЁМ РАБОТ
ОТКРЫТЫ!
Календарь
Их многие читают
Шишкин Кирилл Ярославович (2797)
Акопов Эдуард (679)
Власов Андрей Юрьевич (585)
Попов Егор (505)
Александр Алексеевич Понушков (468)
Саматов Кирилл Игоревич (460)
Тамочкина Алёна (432)
Казанцев Никита Андреевич (407)
Газизов Ильшат Рамилевич (399)
Кочегаров Захар Егорович (395)
Мини-чат
Техподдержка
E-mail отправителя *:


Тема письма:


Текст сообщения *:



Форум техподдержки
Наш логотип
«Олимпиада Можайского»
Организатор

Copyright: Клуб авиастроителей ©2021