Двигатели которые работают на твердом топливе

КПД котла невероятно высок! Какие еще есть особенности у твердотопливного отопления?

Почему отопление называется твердотопливным, понятно из его названия — в качестве энергоносителя в нем выступает твердое топливо, которое, в свою очередь, бывает возобновляемым (древесина), и ископаемым (торф, уголь, сланцы).

Виды твёрдого топлива

Популярными видами твердого топлива для обогрева дома или для использования в котельных считаются:

• угольное топливо — каменный, антрацит, бурый уголь;
• торфяное топливо — торфяные брикеты или пеллеты;
• горючие сланцы;
• древесное топливо и его производные.

Чтобы решить, какое сырье лучше выбрать для отопления конкретного объекта, принимают во внимание характеристики котла (расход различных видов топлива), цены на энергоноситель и его доставку в регионе.

Для обогрева сравнительно небольшого здания наиболее приемлемый экологичный вид топлива — древесина и ее производные: опилки, стружки, щепа, брикеты и пеллеты. Древесное топливо несколько уступает углю по теплотворной способности, но преимущества дров бесспорные:

• Доступность в большинстве регионов России, соответственно и цена невысокая.
• Экологичность — дрова не выделяют вредные вещества (серу) в атмосферу.

Уголь выигрывает у древесины за счет более продолжительного горения.

Типы твердотопливных котлов для отопления

Задача отопительного оборудования любого типа заключается в нагреве теплоносителя: воды, антифриза, масла или специальной жидкости до заданной температуры.

Поэтому все виды и модели котлов на твердом топливе имеют ряд общих характеристик.

У всех котлов такого типа есть и общий минус — необходимость постоянно, в течение всего отопительного сезона подбрасывать топливо. Устранить этот недостаток невозможно, но увеличить периодичность закладки дров, угля, торфа, вполне реально, включив в конструкцию котла дополнительные узлы. Чтобы воплотить это в жизнь, нужно четко разбираться в принципе работы и механизме твердотопливного котла.

Всего различают три типа котлов на твёрдом топливе — классические, пиролизные и пеллетные устройства.

Схема классического

Традиционная, стандартная модель котла на твердом топливе способна нормально работать на любом твердом топливе.

Принцип действия, как и у других типов котлов, основывается на сжигании «предложенного» сырья с целью нагрева до заданной температуры теплоносителя, выделяемым в процессе сгорания теплом. Классический котел работает по такой же схеме, что и обычная печь, но стенками и «крышей» топки служит водяная рубашка. Сама топливная камера котла объемная, снизу отделена от зольника колосниками. Воздух, необходимый для горения сырья поступает в топку через дверцу зольника с заслонкой и колосниковую решетку.

Фото 1. Устройство твердотопливного котла классического типа. Стрелками указаны части прибора.

Образующиеся в топке котла дымовые газы удаляются через дымоход, а вместе с ними также «вылетает в трубу» значительная часть тепла. Этот момент тоже стоит учитывать при выборе модели устройства. Многие производители применяют в конструкциях своих котлов дополнительные дымовые коридоры и изгибы для увеличения КПД.

Очевидное преимущество классического обогревательного устройства — отсутствие электроники, автоматики, разного рода систем управления, которые очень «любят» выходить из строя. Если в конструкции котла есть терморегулятор, он работает по механическому принципу.

Такие аргументы говорят о надежности классического твердотопливного котла. Что касается недостатков конструкции котла такого типа, то он всего один — оборудование требует постоянного внимания на протяжении всего отопительного сезона: подача топлива, выемка золы, чистка стенок и дымоходов.

Пеллетные отопительные устройства

Пеллеты — небольшие цилиндрические гранулы, для изготовления их используются отходы древесины, торфа и сельхозпродукции. Это биотопливо имеет тепловую способность, в полтора раза большую, чем у дров 20% влажности.

Специально для раскрытия возможностей пеллет, разработана автоматизированная установка с высоким КПД (92%). Пеллетный котёл может довольно долго обходиться без внимания человека.

Фото 2. Пеллетный твердотопливный котёл. Слева находится резервуар в виде воронки для загрузки пеллетов.

Непрерывное время горения котла зависит от двух условий:

• Емкости бункера с запасом пеллет, откуда они попадают в топку.
• Необходимости очистки деталей устройства от сажи и золы.

Основными элементами котла выступают камера сгорания (топка) и трубчатый теплообменник. Главным узлом служит горелка с принудительной подачей воздуха. Производимый топкой горячий воздух, проходя через жаровые трубы, передает тепло водяной рубашке, и через дымоход, уже остывший, выбрасывается наружу. В моделях котлов большой мощности для такой работы устанавливается вентилятор — дымосос.

Пеллетные теплогенераторы также имеют схему с ручной загрузкой топлива. В таком исполнении котел отличается от классических моделей только специальной факельной горелкой, обеспечивающей непрерывное пламя. К ней имеется приставной бункер небольшой емкости с запасом топлива на 1 — 7 дней постоянного горения.

Удельный вес пеллет от 600 до 700 кг/м 3 , а средний суточный расход топлива составляет 2 кг в час для устройства мощностью 10 кВт, т.е. в сутки — 48 кг.

Выгода использования пеллетного котла заключается в таких особенностях:

• Повышенная теплоотдача топлива и сама конструкция котла позволяют добиться КПД до 92%.
• Автоматизация обеспечивает комфорт обслуживания и безопасность эксплуатации.

• Высокий показатель длительности непрерывного горения.
• Минимальное количество вредных выбросов в атмосферу.

К минусам пеллетных котлов относятся:

• Энергозависимость.
• Высокая стоимость — среди «собратьев» самые дорогие.

Пиролизные

От традиционных котлов пиролизные отличаются двойным циклом горения. Одна из камер служит для сжигания топлива, другая — для выделяющегося газа.

Сырье в первой камере котла горит при малом уровне кислорода и высокой температуре (до 800 °С) и запускает процесс образования пиролизного газа, количество которого зависит от влажности топлива.

Лучший источник энергии для такого устройства — дерево твердых пород. Допустимо добавлять пеллеты, а также отходы древесины (не более четверти объема дров).

Схема работы газогенератора:

• На колосниковую решетку укладывается топливо.
• Обеспечивается подача первичного воздуха.
• Подожженное топливо доводится до нужной температуры.
• Регулированием задвижки ограничивается поступление воздуха, тем самым запускается процесс пиролиза.
• Полученный газ нагнетается во вторичную камеру одновременно с подачей воздуха.
• Газ, контактируя с кислородом, горит с большим выделением тепла, тем самым нагревая жидкость в теплообменнике.
• Продукт сгорания — дым, выходит в трубу.

Фото 3. Сравнение строения твердотопливного котла классического типа (слева) и пиролизного (справа).

Скорость реакции газа с кислородом регулируется автоматической задвижкой, что позволяет поддерживать нужную температуру теплоносителя.

К преимуществам газогенераторных котлов относят:

• полное, почти 100% сгорание топлива (КПД 85 — 95%);
• легкое регулирование температуры теплоносителя.

Недостатками котлов считают:

• высокую цену оборудования;
• требовательность к качеству топлива (влажность не более 20%).

Внимание! Температура в «обратке» должна быть не менее 50°. При несоблюдении такого режима образуется конденсат, приводящий к коррозии стальных элементов.

Материалы для изготовления котла

Когда решен вопрос с видом топлива, приступают к выбору материала главного элемента отопительной системы — котла.

• Чугун

К его достоинствам относится долговечность, котел из чугуна служит 35 и более лет. Но на этом положительные качества заканчиваются.

К отрицательным характеристикам чугунного котла относится высокий риск получения термоудара.

Хрупкий по своим физическим свойствам чугун — сплав железа с углеродом, плохо реагирует на резкие перепады температур. Из-за этого качества материала, котлу необходима обвязка, т.е. подсоединение еще одного или нескольких контуров отопления, оснащение отопительной системы автоматикой.

Цена — важный момент, заслуживающий внимания, ведь стоимость чугунного котла высокая, и в случае необходимости починки придется выложить солидную сумму. Это объясняется невозможностью ремонта — чугунные элементы в котлах нельзя заварить или заделать эффективно. Деталь с дефектом придется заменить полностью.

Чугун боится резкого механического воздействия (удара).

Специалисты и пользователи не пришли к единому мнению по поводу долгого остывания чугунных элементов котла. В плане эксплуатации — это хорошо, но в случае срочного ремонта или необходимости быстрого перехода на другой режим отопления — плохо.

• Сталь

Это тот же сплав железа с углеродом. Но в отличие от чугуна, в его составе имеются другие химические элементы — металлы и неметаллы. Учитывая этот факт, сталью считается сплав, содержащий не менее 45% железа.

Важно! Чугунный котел, с автоматикой, стоит в 2 — 2,5 раза дороже стального, и используется преимущественно для отопления школ, больниц, небольших промышленных объектов.

Стальные котлы подвержены коррозии, служат на 10 — 15 лет меньше чугунных, но имеют своего рода преимущества:

• Оборудование дешевле предыдущего варианта.
• Маломощный стальной котел может иметь топочную камеру довольно большого объема. У чугунных устройств глубина топки зависит от их мощности, например, 15 кВт соответствует 30 сантиметрам. Тогда как у стальных котлов — при аналогичной мощности глубина может составлять до 60 см.
• Стальные котлы поддаются ремонту, их несложно привести в рабочее состояние с помощью сварки.
• Практически все устройства оснащаются автоматикой, чего нельзя сказать о чугунных изделиях.

Полезное видео

Посмотрите видео, в котором демонстрируется процесс установки твердотопливного котла в доме.

Как выбрать мощность устройства

Чтобы окончательно сделать выбор обогревательного котла, нужно знать теплоотдачу топлива и порядок подсчета требуемой мощности.

Теплоотдача:

• уголь каменный — 6500 ккал/кг;
• брикеты из отходов древесины — 4500 ккал/кг;
• дрова 20% влажности — 3600 ккал/кг;
• дрова 50% влажности — 1900 ккал/кг.

Наиболее высокая теплоотдача у угля, но использование древесины целесообразно при низкой цене в регионе проживания.

Торговые предприятия предлагают отопительную технику в широком ассортименте, но не все производители спешат указать в характеристиках приборов первичное топливо.

Если котел спроектирован под уголь, дрова в нем также отлично горят, но вот КПД никак не будет соответствовать заявленному. Это скажется на продолжительности горения и количестве потребляемой древесины.

Принять правильное решение пользователю поможет простой арифметический подсчет.

В среднем для обогрева 10 м 2 помещения высотой до 3 метров требуется 1 кВт мощности котла. То есть чтобы отопить пространство площадью 100 м 2 достаточно 10 кВт.

Аналогичный результат получится, если расчет делать на основе объема помещения. В этом случае, при эффективной теплоизоляции здания необходимо 40 Вт на 1 кв. м. К примеру: высота стен 2,5 м, площадь 100 м 2 , 100х2,5х40=10000 Вт (10 кВт).

Такой расчет уместен, когда котел используется только для обогрева. Для двухконтурного, служащего бойлером косвенного нагрева, принимают во внимание мощность теплообменника.

Ракетные двигатели твёрдого топлива

Меганаправление

Конкурсная группа

Направление подготовки

Образовательная программа

Форма обучения

Срок обучения, лет

Основа обучения

Стоимость обучения на платной основе в 2021 году

Вступительные испытания

• Математика
• Физика
• Русский язык

Выпускающая кафедра и институт

Партнёры

Чему обучают

Программа направлена на изучение методов, средств и способов проектирования, конструирования, исследования, отработки, производства, эксплуатации ракетных двигателей твердого топлива, освоение выпускниками методиками проектирования насосов, турбин и других агрегатов подачи топлива в жидкостных ракетных двигателях; на умение проводить системный анализ ракетного двигателя в составе летательного аппарата и определять факторы наиболее влияющие на эффективность ракетного двигателя.

Получаемые профессиональные навыки

• Составлять описание принципов действия и устройства узлов и элементов ракетных двигателей
• Выполнять расчеты параметров рабочего процесса, характеристик ракетных двигателей и согласовывать их с параметрами летательного аппарата
• Проводить научное обоснование срока эксплуатации изделий с твердотопливными ракетными двигателями
• Осуществлять технический контроль и управление качеством при производстве деталей и агрегатов ракетных двигателей на основе отраслевых нормативных документов
• Знать основные принципиальные схемы компоновки ракетных двигателей твердого топлива
• Уметь выбирать принципиальную схему ракетного двигателя для конкретного ЛА
• Уметь определять факторы наиболее влияющие на конкретные параметры ракетных двигателей

Особенность программы

Особое внимание в программе уделяется глубокому изучению процессов, происходящих в агрегатах ракетных двигателей с применением возможностей современных специализированного программного обеспечения численного моделирования процессов гидрогазодинамики и тепломассообмена, что является базой при дальнейшем обучении и применении полученных навыков на практике в области проектирования перспективных ракетных двигателей.

Основные дисциплины

• Расчёт и проектирование ракетных двигателей твердого топлива — дисциплина направлена на получение навыков проектного расчета твердотопливных ракетных двигателей, освоив ее вы сможете сформировать технический облик и сформулировать технические требования для конструирования камер сгорания и сопла ракетного двигателя, системы автоматики и регулирования и топливного заряда
• Конструирование ракетных двигателей твердого топлива — дисциплина направлена на получение навыков конструирования камер сгорания и сопла ракетных двигателей, освоив ее вы сможете сформировать технический облик камеры сгорания и сопла, спроектировать топливный заряд, систему охлаждения и систему воспламенения топлива, а также рассчитать необходимые толщины стенок камеры сгорания и сопла, которые обеспечат ее прочность. В результате освоения данной дисциплины вы сможете создавать конструкторскую документацию, а именно техническое описание и чертежи, по которым можно изготовить камеру сгорания и сопло ракетного двигателя
• Технология производства ракетных двигателей твердого топлива — дисциплина направлена на получение навыков разработки технологических процессов изготовления деталей ракетных двигателей и их сборки. Освоив данную дисциплину, вы сможете самостоятельно разрабатывать технологическую документацию на изготовление деталей и узлов ракетного двигателя, поймете каким образом нужно спроектировать детали и узлы двигателя чтобы его изготовление занимало меньше времени и ресурсов
• Автоматика и регулирование ракетных двигателей твердого топлива — дисциплина направлена на получение навыков проектного расчета систем автоматического управления и регулирования ракетных двигателей твердого топлива, освоив ее вы сможете спроектировать систему управления двигателем, рассчитать параметры клапанов, регуляторов, дросселей, используя которые система управления летательного аппарата регулирует тягу двигателя в соответствии с программой полета
• Испытания и обеспечение надежности ракетных двигателей твердого топлива — дисциплина направлена на получение навыков планирования испытаний ракетных двигателей и обработки их результатов, освоив данную дисциплину вы сможете выбрать методы и способы испытаний агрегатов двигателя и всего двигателя в целом, которые обеспечат получение объективной информации о техническом состоянии, совершенстве конструкции, надежности и ресурсе. Научитесь проводить расчет необходимого оборудования и оснастки для проведения испытаний ракетных двигателей твердого топлива

Оснащение учебного процесса

Методические классы по дисциплинам:

• Теория ракетных двигателей; Конструкция камер твердотопливных ракетных двигателей;
• Автоматика и регулирование ракетных двигателей;
• Топлива и рабочие процессы ракетных двигателей.

Лабораторная стендовая база по дисциплинам:

• Внутрикамерные процессы в ракетных двигателях;
• Агрегаты автоматики и регулирования ракетных двигателей;
• Гидравлика систем питания ракетных двигательных установок.

Компьютерное специализированное обеспечение:

• для расчёта термодинамики CEA, RPA, ASTRA;
• для системного анализа ракетных двигательных установок в составе летательного аппарата — ФОРДУ;
• для 3D твердотельного моделирования — SolidWorks, NX;
• для численного моделирования процессов в агрегатах ракетных двигателей — FlowVision, ANSYS, CFX, FLUENT.

Темы выпускных работ

1. Разработка ракетного двигателя твердого топлива для первой ступени ракеты-носителя на смесевом топливе
2. Проектирование твердотопливного ракетного двигателя для межорбитального транспортного аппарата
3. Разработка ракетного двигателя твердого топлива для реактивной системы стабилизации и ориентации летательного аппарата

Кто обучает студентов

• Лёвочкин Петр Сергеевич, к.т.н., доцент, заведующий кафедрой, главный конструктор НПО Энергомаш
• Бирюков Василий Иванович, д.т.н., профессор
• Боровик Игорь Николаевич, к.т.н., доцент
• Кочетков Юрий Михайлович, д.т.н., профессор, старший научный сотрудник ФГУП ГНЦ «Центр Келдыша»
• Яновский Леонид Самойлов, д.т.н., профессор, начальник отделения «Двигатели и химмотология», заведующий отделом «Горения и взрыва» Института прикладной химической физики РАН
• Коломенцев Александр Иванович, к.т.н., доцент
• Тимушев Сергей Федорович, д.т.н., профессор
• Габриелян Давид Александрович, к.т.н., доцент
• Надежкина Елена Валентиновна, д.б.н., профессор
• Семенов Василий Васильевич, д.т.н, профессор
• Клименко Дмитрий Викторович, к.т.н., доцент
• Федосеев Сергей Юрьевич, к.т.н., доцент

Где работают выпускники

• НПО Энергомаш имени академика В. П. Глушко
• ВПК НПО Машиностроения
• ТМКБ Союз
• КБХМ
• ГКНПЦ имени М.В.Хруничева
• РКК Энергия
• ФКП НИЦ РКП
• ФГУП ГНЦ «Центр Келдыша»
• ФГУП ГНЦ «ЦИАМ имени П.И.Баранова»
• Роскосмос
• Корпорация Тактического Ракетного Вооружения (КТРВ)
• ОКБ Вымпел
• МКБ Искра

Газотурбинный двигатель принцип работы

Газотурбинный двигатель: принцип работы и конструкция

Газотурбинный двигатель – это то, что в последнее время используется как энергетическая установка для машины.

И это связано не только с несомненными преимуществами данного агрегата.

Газотурбинный двигатель способен развить мощность, которая просто необходима некоторым автомобилям.

Конструкция

Благодаря тому, что у этого агрегата отсутствуют возвратно-поступательно двигающиеся части, а также тому, что его ротор обладает высокой частотой вращений, можно существенно уменьшить габаритные размеры и удельную массу этого двигателя (если сравнивать с дизелем). А это, в свою очередь, позволяет рассмотреть его как перспективный агрегат. Итак, чтобы создать газотурбинный двигатель своими руками (данным процессом интересуются многие – это реально, однако весьма трудно), нужно иметь турбины, камеру сгорания и компрессор. Также в его комплектацию входят стартер, масляный насос, регулятор частоты вращений и другое оборудование. Как правило, в автомобильных двигателях газотурбинного типа применяется центробежный одноступенчатый компрессор, при помощи которого давление воздуха увеличивается в 3,5 раза. Чтобы достичь указанного давления, нужно, чтобы компрессорное колесо вращалось с как можно большей скоростью. А она составляет около 420-450 метров в секунду.

Материалы

Для изготовления камеры сгорания чаще всего используется листовой жаростойкий материал. Газотурбинный двигатель в своей комплектации имеет осевую и центростремительную турбины. Они же состоят из рабочего колеса и соплового аппарата. Газ в осевой турбине, проходя по каналам, которые находятся в рабочем колесе, изменяет направление своего движения. При этом оказывается давление на лопатки. Благодаря этому образуется сила, которая приводит во вращение рабочее колесо.

Газотурбинный двигатель: принцип работы устройства

Компрессорный вал при помощи стартера приводится в движение. Пусковая частота вращения составляет 2530% от номинальной. Сжатый воздух подается компрессором в камеру сгорания, а в неё через форсунку нагнетается топливо с помощью шестеренчатого насоса. После этого посредством электрической свечи накаливания поджигается горючее. И как только устойчивая зона горения образована, последующее горючее воспламеняется от соприкосновения с огнем, а отработанные газы затем уходят в атмосферу через выпускную трубу.

Отличительные свойства

Хочется отметить, что газотурбинный двигатель обладает еще и высочайшими пусковыми качествами. Несмотря на то, что его стартер имеет достаточно небольшую производительность, он может обеспечить пуск при абсолютно любой температуре внешней среды. Это очень хорошее качество.

И еще одно его существенное преимущество – достаточно малая токсичность газов, которые отрабатываются двигателем: она в 37 раз меньше тех, которые извергает дизель. Из этого можно сделать вывод, что такой двигатель еще и безопасен для окружающей среды.

Принцип работы газотурбинного двигателя

Газотурбинный двигатель (ГТД) представляет собой разновидность теплового двигателя, в конструкции которого имеются лопаточные машины. Особенностью работы является то, что превращение энергии горящего топлива в механическую работу происходит в нем непрерывно.

В ГТД составные части рабочего цикла, включающего сжатие воздуха, отвод теплоты к рабочему телу и расширение, разобщены между собой и протекают в разных местах.

Газотурбинный двигатель может быть использован в качестве теплового двигателя на газотурбовозах и самолетах.

Газотурбинный двигатель может работать на любом виде и сорте топлива (жидкое, твердое и газообразное).

На сегодняшний день известно много конструкций и схем ГТД, отличающихся друг от друга следующими параметрами:

• условиями сжигания топлива — с внутренним и внешним сжиганием;

• использованием рабочего тела в круговом процессе — разомкнутые и замкнутые системы;

• количеством валов — одновальные, двух- и многовальные.

Рис. 2. Принципиальная схема одновального газотурбинного двигателя:

1 — корпус газовой турбины; 2 — рабочее колесо газовой турбины; 3 — топливный насос; 4 — свободный вал; 5— воздушный компрессор; 6 — воздухозаборное устройство воздушного компрессора; 7— электрическая свеча зажигания; 8— камера сгорания; 9 — направляющий аппарат; 10 — газоотвод; II — потребитель мощности; 12 — пусковой двигатель

В установках СПГГ обычно используется низкосортное топливо. Турбина работает на газе с относительно невысокой температурой (500. 600 °С), поэтому для изготовления лопаток может быть использован менее жаропрочный материал. КПД таких установок достигает 35 %, однако они имеют увеличенную массу и габариты по сравнению с дизелями с газотурбинным наддувом.

Экономичность работы ГГД можно улучшить за счет повышения температуры газов перед турбиной, использования многовальных систем, применения регенерации и утилизации теплоты уходящих газов (например, для отопления и кондиционирования воздуха в вагонах), применения промежуточного охлаждения воздуха при сжатии и промежуточного подвода теплоты к газу при его расширении. Обеспечение этих мероприятий требует применения жаропрочных сталей для лопаток турбины, использования металлокерамических материалов, воздушного охлаждения части турбины. При этом КГТД действующих установок повышается до 33. 40 %.

Существуют проектные разработки и попытки создания локомотивных газотурбинных двигателей на твердом или пылевидном топливе.

Газотурбинная установка компактна, обладает малой массой на единицу мощности, не содержит деталей с возвратно-поступательным движением, которое приводит к более быстрому износу двигателя, отличается малыми затратами на содержание оборудования. Она может работать без потребления воды, в ней легко полная автоматизация процессов, имеется реальная возможность для сжигания в камере сгорания различных видов топлива, а также имеет относительно постоянный вращающий момент на валу отбора мощности.

Особенность ГТД, применяемых в авиации, является то, что энергия сгорания топлива преобразуется в энергию истечения газов, которые с большой скоростью через выпускную систему ГТД выбрасываются в атмосферу. Тяга при работе этих двигателей возникает за счет разности количеств движения (произведения массы на скорость), выходящего из выпускной системы газовоздушного потока и входящего в приемное устройство ГТД воздуха. Тяга направлена при этом в сторону, противоположную направлению истечения газов, т. е. является реактивной. Нетрудно представить себе, что для увеличения тяги реактивного двигателя необходимо увеличить разность количеств движения, т. е. на выходе из ГТД произведение массы на скорость должно значительно превышать такую же величину на входе. Решению этой задачи служат все элементы конструкции ГТД.

Существуют три типа газотурбинных двигателей: турбореактивные, турбореактивные двухконтурные и турбовинтовые. Рассмотрим принцип работы каждого типа двигателя.

Сфера использования газотурбинных двигателей

На сегодняшний день существует несколько различных видов двигателей, которые отличаются друг от друга по принципу работы. Один из них — газотурбинный двигатель. Он создан таким образом, что, переняв все ключевые достоинства бензиновых и дизельных поршневых двигателей, получил ряд неоспоримых преимуществ.

Газотурбинный двигатель, принцип работы которого заключается в проведении топлива через ряд турбинных лопастей, приводит их в движение с помощью расширяющегося газа. Он относится к моделям внутреннего сгорания. Газотурбинные двигатели делятся на одно- и двухвальные. Их КПД прямо пропорционален температуре сгорания топлива. Самые элементарные модели — одновальные, имеющие единственную турбину. Двухвальные не только сложнее в устройстве, но и способны выдерживать большие нагрузки.

Как правило, газотурбинные двигатели используются в грузовых автомобилях, кораблях и локомотивах. Производятся опыты по разработке таких механизмов для легковых автомобилей.

В настоящее время существует большое количество моделей таких двигателей, многие из которых значительно превосходят своих предшественников большей производительностью, меньшими размерами, габаритами и весом. Также газотурбинный двигатель является более безопасным и нейтральным для окружающей среды. Он производит меньше шума и вибрации, а также расходует намного меньше топлива. Это основные преимущества, которыми обладает газотурбинный двигатель.

Именно газотурбинные механизмы подарили человечеству множество современных возможностей. Без них не существовали бы трансконтинентальные перекачки газа и перелеты больших авиалайнеров на большие расстояния. Газотурбинный двигатель способен вырабатывать огромное количество энергии с минимальными затратами топливных ресурсов. Он представляет собой самую сложную технологическую конструкцию среди всех, что были разработаны за прошедший век.

Итак, газотурбинный двигатель являет собой одно из самых грандиозных открытий двадцатого века, благодаря которому человечество получило колоссальные возможности для совершенствования технологий. Особенно ценным вкладом данной разработки становится то, что она позволяет экономить топливные ресурсы и практически не несет вреда окружающей среде, что крайне важно в наше время глобальных экологических кризисов.

Твердотопливные ракетные двигатели

Камера РДТТ одновременно служит и камерой сгорания, выдерживающей значительное давление, и местом хранения всего топлива. Давление в камере сгорания РДТТ обычно выше, чем в камере сгорания ДРД, так как его не ограничивают параметры топливной системы. Поэтому РДТТ имеют более высокий коэффициент тяги. В большинстве современных РДТТ давление находится в пределах от 30 до 100 кг/см 2 .

Основной характерной особенностью РДТТ является их простота. Действительно, в этом случае отпадает необходимость в системе подачи топлива. Однако продолжительность работы такого двигателя ограничена

Вследствие этого такие двигатели нашли широкое применение в ускорителях, где необходимо получать очень высокие тяги в течение коротких промежутков времени. Двигатели, применяемые в этих целях, имеют меньший вес, чем силовые установки любого другого типа.

Применение РДТТ в качестве стартовых вспомогательных силовых установок на самолетах позволяет увеличить полезную нагрузку самолетов и сократить длину пробега при взлете.

С эксплуатационной точки зрения преимущество силовых установок с РДТТ заключается в том, что они всегда готовы для использования и не требуют заправки баков перед самым запуском, поэтому их применяют и в качестве основных двигателей на ракетных снарядах. Типичным примером может служить ракетный снаряд класса «земля-земля».

Кроме этих достоинств есть весьма существенный недостаток. После запуска двигателя горение обычно продолжается до полного выгорания топлива; при этом изменение тяги следует вполне определенному закону и не поддается регулированию. Однако теоретически возможно регулированием давления в камере прекратить горение топлива и при желании снова возобновить его. Горение можно прекратить либо продувкой камеры, либо гашением пламени специальной жидкостью. Возобновить же горение можно только при использовании нового заряда воспламенителя. В настоящее время осуществимо своевременное выключение двигателя, но осуществление повторного воспламенения все еще остается сложной проблемой. Его работу чрезвычайно сложно регулировать. Скорость горения топлива не должна сколько-нибудь значительно меняться с изменением давления и температуры. Регулирование величины тяги РДТТ можно осуществлять лишь в определенных заранее заданных пределах, подбирая твердотопливные заряды соответствующей геометрии и структуры.

В космонавтике в настоящее время ракетные двигатели твердого топлива применяются ограниченно. Мощные РДТТ используются на некоторых американских ракетах – носителях, например, на ракете «Титан».

Важнейшим элементом РДТТ является заряд твердого топлива. Характеристики двигателя зависят и от элементов топлива, и от структуры и устройства заряда. Различают два основных вида твердых ракетных топлив: двухосновные, или коллоидные, и смесевые. Коллоидное топливо

Смесевые топлива представляют собой механические смеси горючего и окислителя. В качестве окислителя в этих топливах обычно применяют неорганические кристаллические вещества — перхлорат аммония, перхлорат калия и другие. Обычно такое топливо состоит из трех компонентов: кроме окислителя, в него входят полимерное горючее, служащее связующим элементом, и второе горючее в виде порошкообразных металлических добавок, которые существенно улучшают энергетические характеристики топлива. Горючим связующим могут быть полиэфирные и эпоксидные смолы, полиуретановый полибутадиеновый каучук и др.

Вторым горючим чаще служит порошкообразный алюминий, иногда бериллий или магний. Смесевые топлива обычно имеют больший удельный импульс, чем коллоидные, большую плотность, большую стабильность, лучше хранятся, более технологичны. Для приготовления смесевого топлива в жидкое горючее-связующее добавляют размельченные кристаллы окислителя, металлический порошок и другие добавки, полученный состав тщательно перемешивают и заливают в специальные формы или непосредственно в корпус двигателя, откуда предварительно откачивают воздух. Под действием специально введенных в смесь катализаторов связующее вещество полимеризуется и топливо превращается резиноподобную массу.

В ракетном двигателе, работающем на твердом топливе, топливо целиком расположено в камере сгорания в виде одного или нескольких блоков определенной формы, которые называются зарядами или шашками. Заряды удерживаются стенками камеры или специальными решетками, называемые диафрагмами.

Очень важна геометрическая форма заряда. Изменяя ее и используя бронирующие покрытия поверхностей заряда, которые не должны гореть, добиваются нужного изменения площади горения и соответственно давления газов в камере и тяги двигателя.

Есть заряды, обеспечивающие нейтральное горение, у них площадь горения остается неизменной. Так получается, если шашка твердого топлива горит с торца или же одновременно с наружной и внутренней поверхности (для этого внутри заряда делается полость). При регрессивном горении поверхность горения уменьшается. Так получается, если цилиндрическая шашка горит с наружной поверхности. И, наконец, для прогрессивного горения, которое обеспечивает увеличение давления в камере сгорания,

В РДТТ применяется пиротехническое, пирогенное и химическое зажигание топливного заряда. При пиротехническом зажигании электрозапал поджигает пиротехнический воспламенитель, от которого производится зажигание основного заряда. Пирогенное зажигание производится от газогенератора твердого топлива, который, по существу, представляет собой небольшой твердотопливный двигатель. Для химического зажигания в камеру вводится химически активная жидкость или газ – пусковой окислитель, что приводит к самовоспламенению.

Плотность твердых топлив на 20 – 80% выше, чем плотность жидких топлив. Это преимущество твердых топлив отчасти компенсирует их более низкий единичный импульс.

В РДТТ топливо всегда тесно связано с кожухом двигателя. Поэтому отношение суммарного импульсаI к общему весу двигателяG_ДВ (включая и вес топлива G_Т) определяет качество двигателя. Оно связано с единичным

Величина Dлежит в пределах от 0,4 до 0,95. Для большинства современных конструкций D= 0,86.

Если увеличить давление сгорания, то единичный импульс также увеличится, но одновременно возрастет и пассивный вес двигателя (Dуменьшится). Поэтому наилучшим будет тот двигатель, у которого соотношение этих величин будет оптимальным.