Двигатели нового принципа работы

Бензиновый двигатель 1.6 THP 150 л.с. (EP6FDTM) относится к новому, третьему поколению семейства двигателей EP6 с турбонаддувом. Помимо рассматриваемого двигателя, к третьему поколению «турбонаддувных» EP также относятся:

• 1.6 e-THP 165 л.с. EURO6 (EP6FDT)
• 1.6 THP 150-165 л.с. EURO5 (EP6FDTM) для некоторых стран Европы
• 1.6 e-THP 205-210 л.с. EURO6 (EP6FDTX)

Перечисленные двигатели предназначены для замены двигателей предыдущего (второго) поколения семейства EP: 1.6 THP 150 л.с. (EP6CDTM), 1.6 THP 156 л.с. (EP6CDT) и 1.6 THP 200 л.с. (EP6CDTX). В виду того, что в обозримом будущем на российском рынке из нового поколения двигателей будет присутствовать только 1.6 THP 150 л.с. (EP6FDTM), остальные двигатели в этой статье рассматриваться не будут.

EP6FDTM (1.6 THP PureTech 150 л.с.) под капотом Peugeot 3008 II, после рестайлинга

• Торговая марка EP6FDTM: THP
• THP произносится по-французски и по-английски: Ти́-А́ш-Пи́
• Расшифровывается: Turbo High Pressure (Турбонаддув Высокого Давления)
• Turbo High Pressure произносится по-французски: Тюрбо́ А́й Прессю́р

Внешний вид EP6FDTM

Основные цели появления нового двигателя:

• Снижение расхода топлива в среднем на 18%, достижение результата 5.8-7.1 л/100 км.
• Увеличение надёжности, безотказности и ресурса двигателей EP с турбонаддувом.

79% узлов и деталей двигателей третьего (F) и второго (С) поколений – общие.

21% узлов и деталей двигателей третьего (F) поколения – новые.

Двигатель 1.6 THP 150 л.с. (EP6FDTM) предназначен для агрегатирования с коробками передач:

• Автоматическая 6-ступенчатая адаптивная Aisin EAT6 (новая, третьего поколения, TF-70SC G3).
• Механическая 6-ступенчатая МСМ.

Товарный вид EP6FDTM на экране компьютера в сервисной программе Servicebox Группы Stellantis

Двигатель EP6FDTM отвечает экологичеcким нормам EURO5 и предназначен для стран, в которых соответствие экологическим нормам EURO6 не является обязательным (например, Россия).

Для обеспечения налоговых выгод мощность двигателя EP6FDTM для российского рынка документально снижена до 150 л.с. (110 кВт), в то время как его «европейский» вариант развивает 165 л.с. (121 кВт).

Сниженная до 9.5 степень сжатия двигателя EP6FDTM (150 л.с.) относительно 10.5 у EP6FDT (165 л.с.) при увеличении давления наддува на 0.2-0.

3 бара, а также специальная программа компьютера системы впрыска, обеспечивают его лучшую приспособленность к работе на топливе плохого качества и бензине Аи-92.

Однако использование бензина Аи-92 допускается только в исключительных или аварийных случаях. Постоянную эксплуатацию на «92-м» бензине следует исключить!

Двигатели 1.6 THP 150 л.с. (EP6FDTM) выпускаются во Франции на заводе двигателей корпорации PSA Peugeot Citroen «Société de Mécanique Automobile de l’Est» в г. Дувран.

Сборка EP6FDTM на конвейере моторного завода PSA Peugeot Citroen (Группа Stellantis) в г. Дувран

Новые узлы, детали и системы

• Новая система впрыска топлива BOSCH MED4.4 с увеличенным давлением впрыска 200 бар (у предыдущего двигателя EP6CDTM – 120 бар).
• Новый компьютер системы впрыска и управления двигателем.
• Новое программное обеспечение компьютера управления системой впрыска и двигателем.
• Новые алгоритмы управления системами с изменяемыми параметрами:
  • Система изменения фаз газораспределения
  • Масляный насос с изменяемым давлением и производительностью
  • Насос охлаждающей жидкости с изменяемым давлением и производительностью
  • Электронноуправляемый термостат

Двигатели нового принципа работы

Много важных событий произошло в России в начале 21 века, но огромный интерес автомобилистов и массу ожесточённых дискуссий в интернете породило одно из них.

В Дагестане местным следователем прокуратуры был создан двигатель Ибадуллаева.

Чем он так интересен? Чем же он лучше миллионов других двигателей внутреннего сгорания, эксплуатирующихся во всём мире уже много лет и спроектированных грантами мировой автомобильной индустрии? Может быть, это просто пустышка?



Поршневой двигатель

В чем преимущество такого механизма? Что дал новый принцип работы двигателя внутреннего сгорания? В настоящее время им оборудуются не только автомобили, но и сельскохозяйственный и погрузочный транспорт, локомотивы поездов, мотоциклы, мопеды, скутера.

Двигатели такого типа устанавливаются на военной технике: танках, бронетранспортерах, вертолетах, катерах.

Еще можно вспомнить о бензопилах, косилках, мотопомпах, генераторных подстанциях и другом мобильном оборудовании, в котором используется для работы дизельное топливо, бензин или газовая смесь.

До изобретения принципа внутреннего сгорания топливо, чаще твердое (уголь, дрова), сжигалось в отдельной камере. Для этого применялся котел, который грел воду.

В качестве первоисточника движущей силы использовался пар. Такие механизмы были массивными и габаритными. Ими оборудовались локомотивы паровозов и теплоходы.

Изобретение двигателя внутреннего сгорания дало возможность в разы уменьшить габариты механизмов.



Рабочий цикл ДВС

Основной цикл мотора подразумевает выполнение четырех основных тактов. Именно о них и пойдет речь дальше по тексту.



Первый такт: впуск

Начальный — движение кулачков, которые являются частью конструкции распределительного вала. Они меняют воздействуют на клапан впуска, заставляя его открыться.

Далее, вслед за открывшимся клапаном, с места двигается поршень. Деталь постепенно перемещается из крайнего верхнего положения в крайнее нижнее. Воздух внутри цилиндра в связи с уменьшением пространства поршнем становится более разреженным, благодаря чему становится возможным поступление подготовленной рабочей смеси.

После этого поршень начинает действовать на коленвал через шатун, вследствие чего вал поворачивается на 180 градусов. Сам поршень уже достигает своего критического нижнего положения, и на этом моменте начинается второй такт.

Второй такт: сжатие

Он подразумевает дальнейшее сжатие смеси, находящейся внутри цилиндра. Клапан впуска закрывается, и поршень меняет свое направление, двигаясь вверх. Воздух в связи с уменьшением пространства начинает сжиматься, а рабочая смесь — нагреваться.

Когда второй такт подходит к концу, в действие приходит система зажигания. Ее основное назначение — подача на свечу заряда электричества для образования искры. Именно эта искра поджигает сжатую смесь из топлива и воздуха, приводя к ее воспламенению.

Отдельно стоит рассмотреть, как зажигается топливо у дизельного ДВС. Как только завершается сжатие, начинает поступать мелкораспыленное дизельное топливо через форсунку внутрь камеры. Впоследствии горючее вещество перемешивается с воздухом внутри, благодаря чему происходит воспламенение.

Читать еще:  Что такое удельная масса двигателя

Что касается карбюраторного двигателя со стандартным топливом, то на втором такте коленчатый вал успевает сделать полный оборот.

Третий такт: рабочий ход

Третий такт называется рабочим ходом. Газы, оставшиеся после сгорания смеси, начинают толкать поршень, перемещая его вниз. Полученная деталью энергия передается коленвалу, и тот снова поворачивается, но уже на половину оборота.

Четвертый такт: выпуск

Четвертый такт — выпуск оставшихся газов. Когда такт только начинается, кулачок меняет положение на этот раз выпускного клапана, открывая его. Это способствует началу движения поршня наверх, вследствие чего из цилиндра начинают выходить отработавшие газы.

Интересно, что на современных моделях транспортных средств ДВС оборудованы не одним цилиндром, а несколькими. Благодаря их слаженной работе обеспечивается более качественная работа мотора и систем машины.

При этом в каждом цилиндре единовременно выполняются разные такты. Так, например, в одном цилиндре вовсю идет рабочий ход, а во втором — коленчатый вал еще только совершает оборот.

Подобная конструкция также:

• избавляет от ненужных вибраций;
• уравновешивает силы, которые действуют на работу коленвала;
• организует ровную работу мотора.

Ввиду компактности двигатели с несколькими цилиндрами изготавливают не рядными, а V-образными. Также существует форма оппозитных двигателей, которые часто можно встретить на автомобилях производства Subaru. Такое решение позволяет сэкономить много места под капотом.

Классификации

По источнику энергии

Двигатели могут использовать следующие типы источников энергии:

• электрические;
  • постоянного тока (электродвигатель постоянного тока);
  • переменного тока (синхронные и асинхронные);
• электростатические;
• химические;
• ядерные;
• гравитационные;
• пневматические;
• гидравлические;
• лазерные.

По типам движения

Получаемую энергию двигатели могут преобразовывать к следующим типам движения:

• вращательное движение твёрдых тел;
• поступательное движение твёрдых тел;
• возвратно-поступательное движение твёрдых тел;
• движение реактивной струи;
• другие виды движения.

Электродвигатели, обеспечивающие поступательное и/или возвратно-поступательное движение твёрдого тела;

• ионные двигатели;
• стационарные плазменные двигатели;
• двигатели с анодным слоем;
• радиоионизационные двигатели;
• коллоидные двигатели;
• электромагнитные двигатели и др.

Тепловые двигатели по устройству

Двигатели внешнего сгорания — класс двигателей, где источник тепла или процесс сгорания топлива отделены от рабочего тела:

Двигатели внутреннего сгорания — класс двигателей у которых образование рабочего тела и подвод к нему тепла объединены в одном процессе и происходят в одном технологическом объёме:

• двигатели с герметично запираемыми рабочими камерами (поршневые и роторные ДВС);
• двигатели с камерами, откуда рабочее тело имеет свободный выход в атмосферу (газовые турбины).

По типу движения главного рабочего органа ДВС с запираемыми рабочими камерами делятся на ДВС с возвратно-поступательным движением (поршневые) (делятся на тронковые и крецкопфные) и ДВС с вращательным движением (роторные), которые по видам вращательного движения делятся на 7 различных типов конструкций. По типу поджига рабочей смеси ДВС с герметично запираемыми камерами делятся на двигатели с принудительным электрическим поджиганием (калильным или искровым) и двигатели с зажиганием рабочей смеси от сжатия (дизель).

Читать еще:  Что такое риски в двигателе

По типу смесеобразования ДВС делятся на: с внешним смесеобразованием (карбюраторные) и с непосредственным впрыском топлива в цилиндры или впускной коллектор (инжекторные). По типу применяемого топлива различают ДВС работающие на бензине, сжиженном или сжатом природном газе, на спирте (метаноле) и пр.

Реактивные двигатели

• прямоточные реактивные (ПВРД);
• пульсирующие реактивные (ПуВРД);
• газотурбинные двигатели:
  • турбореактивные (ТРД);
  • двухконтурные (ТРДД);
  • турбовинтовые (ТВД);
  • турбовинтовентиляторные ТВВД;

Ракетные двигатели

• жидкостные ракетные двигатели;
• твердотопливные ракетные двигатели;
• ядерные ракетные двигатели;
• некоторые типы электроракетных двигателей.

Преимущества и недостатки использования дизельных двигателей

Силовые агрегаты на дизельном топливе характеризуются высокой мощностью и коэффициентом полезного действия. Специалисты ГК Favorit Motors отмечают, что автомобили с дизельными агрегатами с каждым годом становятся все более востребованными в нашей стране.

Во-первых, благодаря особенностям процесса горения топлива и постоянному выхлопу отработавших газов, дизель не предъявляет строгих требований к качеству топлива. Это делает их и более экономичными и доступными в обслуживании. Кроме того, расход топлива у дизельного мотора меньше, чем у бензинового агрегата аналогичного объема.

Во-вторых, самовозгорание топливно-воздушной смеси производится равномерно в момент впрыска. Поэтому дизельные двигательные аппараты могут работать на пониженных оборотах и, несмотря на это, выдавать очень высокий крутящий момент. Такое свойство позволяет сделать транспортное средство с дизельным агрегатом намного легче в управлении, нежели авто с потреблением бензинового топлива.

В-третьих, в использованных газовых выхлопах дизельного мотора содержится гораздо меньше окиси углерода, что делает эксплуатацию таких авто экологичной.

Несмотря на свою надежность и высокий моторесурс, дизельные силовые агрегаты со временем выходят из строя. Самостоятельно проводить ремонтные работы мастера ГК Favorit Motors не рекомендуют, ведь современные «дизели» — это высокотехнологичные установки. И для их ремонта необходимы специальные знания и оборудование.

Специалисты автосервиса Favorit Motors – это квалифицированные мастера, которые прошли стажировку и обучение в учебных центрах заводов-производителей.

Они обладают доступом ко всей технологической документации и имеют многолетний опыт ремонта дизельных агрегатов любых модификаций. В нашем техцентре имеется все необходимое оборудование и узкопрофильные инструменты для диагностики и ремонта дизельных моторов.

Кроме того, услуги по восстановлению и ремонту «дизелей», оказываемые в ГК Favorit Motors, являются необременительными для кошельков москвичей.

Мастера автосервиса отмечают, что долговечность работы «дизеля» напрямую зависит от того, насколько своевременно и качественно проводится сервисное обслуживание. В техцентре Favorit Motors регламентное ТО выполняется в строгом соответствии с технологическими картами производителя и с использованием только высококачественных сертифицированных запчастей.

Читать еще:  Что такое мощность генератора двигателя

Предыстория



В 1905 году, когда Эйнштейном была предложена теория относительности, тогда деятели науки ограничивались абсолютизацией качественной нестабильности явлений, происходящих во Вселенной. В перечень ограничений входила и нерушимость скорости света, из которой следовала невозможность появления сверхсветовых полетов в космос.

С течением времени ученые сумели справиться с земным притяжением и звуковым барьером, но такое препятствие, как скорость света, им было не под силу. Позже, в 1994 году, Мигель Алькубьерре, физик из Мексики, предложил такой способ растягивания полотна пространства-времени, который в теории «давал жизнь» заветным сверхсветовым путешествиям.

Как работает и где применяется двигатель внешнего сгорания

Несмотря на то, что двигатели Стирлинга были забыты на некоторый период, в современном производстве при создании новых модификаций выдающееся изобретение набирает новую популярность.

Народные умельцы по достоинству оценили преимущества двигателей внешнего сгорания и сооружают самостоятельно в домашних условиях различные приспособления, основанные на их применении.

Для изготовления теплового двигателя своими руками в домашних мастерских используются различные материалы и подручные средства:

1. Большие и средние емкости, позаимствованные из домашнего хозяйства.
2. Подшипники от старых механизмов.
3. Диски.
4. Металлические стержни различного диаметра для осей, стоек.
5. Листы из металла, древесных плит для изготовления платформы.

Данные устройства используются в домашнем хозяйстве для выполнения самых различных работ:

1. Вырабатывание электрической энергии в мелких масштабах.
2. Создание тепловой энергии.

Количества мощности некоторых образцов самодельных двигателей Стирлинга, достаточно для обустройства электрической сети и обеспечения теплом частных домов, небольших школ, лечебных корпусов, спортивных сооружений, производственных мастерских и пр.

Двигатели, созданные своими руками, функционируют от различных источников тепла:

• природный газ;
• дрова;
• уголь;
• торф;
• пропан и прочие виды топлива местного производства или полезных ископаемых.

Благодаря простоте конструкции, тепловые устройства, изготовленные своими руками, не нуждаются в регулярном техническом обслуживании агрегата. Сжигание топлива осуществляется за пределами корпуса цилиндра, поэтому рабочее тело не загрязняется продуктами сгорания, на внутренних стенках оборудования не скапливаются вредные отложения.

В сравнении с ДВС, в состав данной конструкции входит вдвое меньше подвижных узлов и деталей. Здесь требуется намного меньше смазки для ухода за быстро изнашиваемыми элементами. Требования к качеству смазочных материалов – минимальны.

Для подведения электросети к потребителям не требуется приобретать дорогостоящее оборудование. Подсоединение проводов к электрической сети осуществляется простыми привычными методами.

Двигатели внешнего сгорания, произведенные в бытовых условиях, легко монтируются на ровных площадках, покрытых гравием, без прочной фиксации. Данные установки не подвержены вредным атмосферным воздействиям. Для обеспечения бесперебойной стабильной работы двигателю не требуется специальный защитный корпус.

Установки на будущее

Функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям (Роспечать)

Стоимость запуска ракеты-носителя в современной космонавтике остается довольно высокой, достигая порой нескольких сотен миллионов долларов.

Чтобы существенно снизить ее, конструкторы из разных стран мира разрабатывают принципиально новые виды ракетных двигателей, способные выводить полезный груз на орбиту при меньших энергозатратах по сравнению с обычными силовыми установками.

На сегодня из различных перспективных проектов такого рода наиболее близки к реализации три. Мы решили разобраться в их особенностях.

Во всем мире в 2015 году были произведены 87 запусков ракет-носителей с различной полезной нагрузкой: 29 запусков пришлись на Россию, 20 — на США, 19 — на Китай, девять — на Европейское космическое агентство, пять — на Индию, четыре — на Японию и один — на Иран.

Из этого количества пять запусков были неудачными и окончились потерей двух автоматических космических кораблей и десяти спутников. В 2014 году страны осуществили 92 запуска ракет-носителей, а годом ранее — 80.

Сегодня стоимость выведения полезного груза на орбиту составляет от 15 до 25 тысяч долларов за один килограмм при выводе спутников на геопереходную орбиту, откуда они переходят на геостационарную. Запуск космического аппарата на низкую орбиту обходится дешевле, но все равно достаточно дорого — от 2,4 до 6 тысяч долларов на килограмм.

Неудивительно поэтому, что во многих странах ведутся работы по созданию технологий, способных существенно снизить стоимость космических запусков. При этом разные разработчики идут разными путями. Например, американская компания SpaceX занимается созданием ракет-носителей Falcon Heavy с возвращаемой первой ступенью.

В компании уверены, что многоразовость первой ступени Falcon Heavy позволит снизить стоимость запуска полезного груза на низкую орбиту Земли до двух тысяч долларов за килограмм и до 9–11 тысяч при запуске на геопереходную орбиту.

А американская же компания JP Aerospace занимается созданием многоступенчатой системы запуска, в которой первые две ступени будут представлены дирижаблями.Словом, различных технологий, нацеленных на снижение стоимости запусков, сегодня разрабатывается много.

К ним относятся и ракеты-носители с корпусами из современных материалов, и способные на самолетные взлет и посадку ракетопланы, и навигационные системы возвращаемых ступеней ракет. Но главное место среди них занимают новые двигатели. Правда, в этой области чаще всего речь идет об усовершенствовании конструкций уже существующих ракетных двигателей. Например, двигатель Merlin компании SpaceX обладает значительной мощностью, но при этом относится к традиционным жидкостным ракетным двигателям. Впрочем, есть и оригинальные решения, прежде не применявшиеся для ракет-носителей. О трех наиболее интересных из них, с точки зрения конструкции и потенциальной выгоды, мы расскажем ниже.

Гибридный двигатель

В начале 1990-х годов британская компания Reaction Engines занялась разработкой нового типа ракетного двигателя, который потреблял бы существенно меньше жидкого окислителя, но был бы эффективен на всех высотах полета. Предполагалось, что он будет совмещать в себе качества воздушного турбореактивного и ракетного двигателей.

Новый проект получил название SABRE (Synergistic Air-Breathing Rocket Engine, синергичный атмосферный ракетный двигатель). Принцип силовой установки относительно прост: при полете в атмосфере для сжигания топлива используется атмосферный кислород, а при выходе в безвоздушное пространство двигатель переключается на использование жидкого кислорода из баков.

Согласно проекту, двигатель SABRE получит универсальную камеру сгорания и сопло, по конструкции во многом схожие с подобными элементами обычного ракетного двигателя. На старте и при разгоне SABRE будет работать как обычный прямоточный реактивный двигатель.

В полете воздух будет поступать в воздухозаборник, а дальше по специальным обводным каналам — в охладитель и камеру сгорания. В зоне охладителя предусмотрена установка турбины и компрессора: при выходе реактивной струи из сопла воздух будет затягиваться в двигатель и раскручивать турбину, которая в свою очередь будет раскручивать компрессор.

Последний станет сжимать охлажденный воздух, что позволит увеличить его подачу в камеру сгорания, а следовательно и полноту сгорания топлива и его энергетическую отдачу.

Предполагается, что в атмосферном режиме новый гибридный ракетный двигатель будет работать на скоростях полета до пяти чисел Маха (6,2 тысячи километров в час). По мере увеличения скорости воздух в воздухозаборнике — из-за его резкого торможения и сжатия — будет становиться все горячее и горячее.

Это ухудшит его компрессию, а значит, и общую эффективность двигателя. Поэтому для охлаждения поступающего воздуха предполагается использовать специальную сеть трубок диаметром один миллиметр и общей протяженностью около двух тысяч километров. Их установят в воздуховоде.

В сами трубки под давлением в 200 бар (197 атмосфер) будет подаваться гелий, выполняющий роль теплоносителя.

По расчетам разработчиков, система позволит охлаждать поступающий воздух с более чем одной тысячи градусов Цельсия до минус 150 градусов Цельсия за одну сотую секунды. При этом сжижения воздуха, способного резко снизить эффективность двигателя, не произойдет.

После превышения скорости в пять чисел Маха воздухозаборник будет перекрыт, а двигатель переключится на потребление жидкого кислорода из бака. В таком варианте он сможет функционировать в разреженных верхних слоях атмосферы и в безвоздушном пространстве. В качестве топлива планируется использовать жидкий водород.

Испытания отдельных узлов SABRE проводились Reaction Engines с 2012 года и признаны успешными.

В настоящее время британская компания занимается сборкой демонстратора технологий двигателя, испытания которого запланированы на конец 2017-го — первую половину 2018 года. В атмосферном режиме этот аппарат сможет развивать тягу в 196 килоньютонов.

По своим размерам прототип силовой установки будет соответствовать габаритам турбореактивного двухконтурного двигателя с форсажной камерой F135. Такие двигатели ставятся на американские истребители F-35 Lightning II. Длина F135 составляет 5,6 метра, а диаметр — 1,2 метра. Эта силовая установка способна развивать тягу до 191 килоньютона в режиме форсажа.

Полноценная установка SABRE будет немного крупнее и в атмосферном режиме сможет развивать тягу в 667 килоньютонов. Ее испытания запланированы на 2020–2021 годы.

В британской компании полагают, что благодаря ее двигателю ракету-носитель можно будет сделать одноступенчатой. Причем эта единственная ступень станет возвращаемой.

Новая силовая установка будет потреблять топлива и особенно окислителя гораздо меньше обычного ракетного двигателя, ведь для полета на атмосферном участке кислород для сжигания горючего предполагается брать из воздуха.

Британские двигатели планируется использовать в перспективных американских многоразовых двухступенчатых космических кораблях, которые, по предварительным расчетам, позволят выводить полезную нагрузку на низкую околоземную орбиту по 1,1–1,4 тысячи долларов за килограмм.

Гиперзвуковой двигатель



Запуск ракеты с гиперзвуковым прямоточным воздушно-реактивным двигателем в Индии на полигоне Шрихарихота

ISRO

В конце августа 2016 года индийская Организация космических исследований провела первые успешные испытания гиперзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателей. Успешное испытание силовых установок состоялось на полигоне Шрихарихота на востоке страны. Для проверки разработчики использовали обычную твердопливную двухступенчатую ракету-носитель ATV, ко второй ступени которой и были прикреплены гиперзвуковые двигатели. Во время летных испытаний силовых установок исследователи проверили зажигание на сверхзвуковой скорости, устойчивое горение топлива, механизм забора воздуха и систему впрыска топлива. Общая продолжительность полета второй ступени составила 300 секунд, из которых пять секунд работали гиперзвуковые двигатели.Индийские силовые установки, создаваемые в рамках проекта SRE (Scramjet Rocket Engine, гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный ракетный двигатель), работали на скорости полета чуть больше шести чисел Маха. Ступень с двигателями поднялась на высоту 70 километров. Целью первого испытания гиперзвуковых двигателей была проверка стабильности их работы, а не возможности этих силовых установок разгонять носители до гиперзвуковых скоростей. В ближайшее время разработчики планируют завершить обработку данных, полученных во время первого запуска силовых установок, и провести еще серию их испытаний. Предполагается, что гиперзвуковые двигатели будут разгонять вторую ступень ракет-носителей до восьми-девяти чисел Маха.

Технические подробности о своих гиперзвуковых установках индийцы не раскрывают. Однако общая схема таких двигателей, разрабатываемых в нескольких странах мира с 1970-х годов, известна. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель отличается от обычных тем, что топливо в его камере сгорает в сверхзвуковом воздушном потоке.

При этом воздух для процесса горения подается в камеру прямотоком без использования дополнительных компрессоров. Выглядит это так: набегающий воздушный поток попадает в воздухозаборник, а затем в заужающуюся компрессорную камеру, где сжимается и откуда поступает в камеру сгорания.

Что самое интересное, такие гиперзвуковые двигатели могут вообще не иметь никаких подвижных частей.

Гиперзвуковые силовые установки способны работать при скорости полета не менее четырех-пяти чисел Маха — именно при такой скорости обеспечивается необходимое сжатие воздуха и стабильное сгорание топлива. Теоретическим верхним пределом скорости гиперзвукового двигателя считаются 24 числа Маха.

При этом силовая установка сможет развивать и большие скорости, если в камеру сгорания будет дополнительно впрыскиваться жидкий окислитель. Максимальная высота полета, на которой гиперзвуковые двигатели могут работать без потребности в дополнительном впрыске окислителя, составляет 75 километров.

Для сравнения, низкая околоземная орбита начинается с отметки в 160 километров.Помимо Индии, активными работами по созданию гиперзвуковых ракетных двигателей сегодня занимаются США, Россия, Китай и Австралия.

США и Россия планируют устанавливать новые силовые установки на гиперзвуковые боевые ракеты, разведывательные аппараты и истребители шестого поколения. Австралия, ведущая разработки совместно с американцами, тоже намерена оснастить новыми двигателями ракеты.

Китай, помимо боевого применения силовых установок, намерен использовать их и в ракетах-носителях. По неподтвержденным данным, гиперзвуковые двигатели будут разгонять китайские ракеты-носители до 10–12 чисел Маха, а боевые ракеты — до 20 чисел Маха. Первые испытания китайской гиперзвуковой ракеты состоялись в июне прошлого года.

В США и России полагают, что использование гиперзвуковых двигателей в ракетах-носителях усложнит, а не упростит их конструкцию. Кроме того, исследователи считают, что такие силовые установки не смогут развивать достаточную для запуска больших грузов тягу.

Индийские же и китайские разработчики уверены, что использование гиперзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателей в ракетах-носителях позволит отказаться от большей части жидкого окислителя, который будет необходим лишь на заатмосферном участке полета.

А проблему возможной недостаточности тяги можно будет решить установкой нескольких гиперзвуковых силовых установок, причем выгода от отказа от окислителя нивелирована не будет — совокупная масса двигателей благодаря простой конструкции будет невелика.

Детонационный двигатель

Между тем в России специализированная лаборатория «Детонационные ЖРД» научно-производственного объединения «Энергомаш» занимается разработкой спинового детонационного жидкостного ракетного двигателя, работающего на топливной паре кислород-керосин. О первом успешном испытании такой силовой установки было объявлено 26 августа текущего года.

Следует отметить, что это первый в мире спиновый детонационный двигатель, разрабатываемый специально для использования на ракетах-носителях. Аналогичную силовую установку сегодня создают и в США, однако ее планируется использовать в качестве более экономичной и эффективной замены газотурбинных двигателей на кораблях ВМС.

Изучение принципов работы и разработка детонационных двигателей ведется в некоторых странах мира уже больше 70 лет. Впервые ими занялись еще в Германии в 1940-е годы. Правда, тогда работающего прототипа детонационного двигателя исследователям создать не удалось, но были разработаны и серийно выпускались пульсирующие воздушно-реактивные двигатели.

Они ставились на ракеты «Фау-1». В силовых установках таких ракет топливо подавалось в камеру сгорания небольшими порциями через равные промежутки времени. При этом распространение процесса горения по топливу происходило на скорости, меньшей скорости звука.

Такое сгорание называется дефлаграцией, оно лежит в основе работы всех обычных двигателей внутреннего сгорания.

В детонационном двигателе фронт горения распространяется по топливной смеси быстрее скорости звука. Такой процесс горения называется детонацией. Детонационные двигатели сегодня делятся на два типа: импульсные и спиновые. Последние иногда называют ротационными.

Принцип работы импульсных двигателей схож с таковым у пульсирующих воздушно-реактивных двигателей: топливо и окислитель подаются в камеру сгорания с высокой частотой через равные промежутки времени. Основное отличие заключается в детонационном горении топливной смеси в камере сгорания.

Благодаря детонации топливо сгорает полнее, выделяя большее количество энергии, чем при дефлаграции.

В спиновых детонационных двигателях используется кольцевая камера сгорания. В ней топливная смесь подается последовательно через радиально расположенные клапаны. В таких силовых установках детонация не затухает, пока подаются топливо и окислитель. Во время работы двигателя детонационная волна «обегает» кольцевую камеру сгорания, причем топливная смесь за ней успевает обновиться. При этом, если в импульсном двигателе в камеру сгорания следует подавать предварительно подготовленную смесь топлива и окислителя, то в спиновом двигателе этого делать не нужно — фронт высокого давления, движущийся перед детонационной волной, вполне эффективно смешивает необходимые компоненты. Ротационный двигатель впервые начали изучать в СССР в 1950-х годах.В новом российском спиновом детонационном ракетном двигателе частота спиновой детонации составляет 20 килогерц, то есть за одну секунду детонационная волна успевает «обежать» кольцевую камеру сгорания 20 тысяч раз. Теоретически, детонационные двигатели способны работать в широком пределе скоростей полета — от нуля до пяти чисел Маха, а при использовании дополнительных агрегатов, например компрессора, верхний предел можно поднять до семи-восьми чисел Маха. Считается, что такие силовые установки могут выдавать большую мощность, потребляя топлива меньше, чем обычные реактивные двигатели. При этом конструкция детонационных двигателей относительно проста: в базовом варианте в них отсутствует компрессор и многие движущиеся части.Благодаря своей экономичности при высокой выдаваемой мощности спиновые детонационные двигатели в ракетах-носителях позволят существенно сократить объемы топлива и окислителя, необходимые для вывода полезного груза на орбиту. На практике (и это свойственно всем уже перечисленным проектам), уменьшение массы двигателя (а силовая установка будет весить меньше обычной ракетной), топлива и окислителя позволит либо увеличить забрасываемый вес носителя при сохранении его габаритов, либо оставить забрасываемый вес неизменным при уменьшении габаритов ракеты. Забрасываемый вес ракеты-носителя — это масса последней ступени, ее топлива и полезного груза.

В перспективе гонку на рынке космических запусков выиграет тот, кто сможет как можно дешевле выводить на орбиту как можно больше грузов.

Некоторые компании полагают, что благодаря использованию новых технологий стоимость вывода грузов на низкую орбиту можно будет опустить ниже тысячи долларов за килограмм и ниже десяти тысяч за килограмм при запуске на геопереходную орбиту.

Правда, когда именно такое будет возможно, пока неясно. По самым смелым оценкам, новые ракетные двигатели будут использоваться на ракетах-носителях с середины 2020-х годов.



Василий Сычёв

Шесть махов для одного самолета: есть ли будущее у детонационного двигателя

Как стало известно буквально на днях, российский разработчик авиадвигателей, ОДК-УМПО (структурное подразделение Ростеха), а конкретнее, входящее в его состав ОКБ им. А.М. Люльки провело успешные испытания демонстратора двигателя нового поколения.

Давно ни для кого не секрет, что современная авиация приблизилась к порогу своих возможностей.

Последней революции в авиастроении, причем, только в военном, стало появление технологий высокой скрытности в электромагнитном диапазоне, или стелс-технологий.

Однако с тех пор прошло уже более трех десятилетий, и все это время авиация развивалась, буквально по крохе выскребая последний ресурс из старых технологий.

Но похоже, что в ближайшие годы ситуация может измениться. Как стало известно буквально на днях, российский разработчик авиадвигателей, ОДК-УМПО (структурное подразделение Ростеха), а конкретнее, входящее в его состав ОКБ им. А.М.

Люльки провело успешные испытания демонстратора двигателя нового поколения.

На стендах предприятия был испытан прототип прямоточного пульсирующего детонационного двигателя (ППДД), и в их ходе были подтверждены возможности достижения некоторых характеристик, которые значительно превосходят существующие аналоги.

На некоторых режимах ППДД показал рост удельной тяги порядка 50% в сравнении с обычными турбо-реактивными двигателями. А это, при условии превращения демонстратора технологий в столь же эффективный серийный двигатель, сулит настоящую революцию в авиации, как минимум, военной.

Ведь не секрет, что именно авиадвигатель является самой сложной, технологичной и наукоемкой частью современного самолета. И самой важной — по меткому выражению двигателистов, «летает только двигатель, а все остальное ему мешает».

Конечно, тут есть некоторое преувеличение, но не такое уж оно и большое…

Вообще, детонационные двигатели известны науке и инженерам довольно давно. Так, например, еще в годы Второй мировой войны немецкие авиаконструкторы оснастили такими двигателями знаменитый самолет-снаряд «Фау-1», с помощью которого Гитлер пытался «поставить на колени» Великобританию.

Правда, тогда немецких конструкторов привлекли не выдающиеся характеристики двигателя, а, как ни странно, его дешевизна.

Для воюющей на два фронта Германии вопрос цены одноразового самолета, не имеющего, к тому же, какой-то особой точности и применявшегося действительно массово, был принципиально важен.

Характеристики этой новинки были не очень хороши, но для тех условий достаточны – «Фау-1» разгонялся до 800 километров в час (скорость зависела от того, сколько топлива самолет-снаряд уже успел потратить), и его перехват обычными истребителями тех лет, даже отличными британскими «Спитфайрами» и более поздними «Темпестами», был весьма проблематичен. Правда, были и существенные недостатки, которые заставили авиаконструкторов почти забыть об этом типе двигателей после войны. И прежде всего, экспоненциально возрастающая сложность по мере совершенствования характеристик такого двигателя – практически непрерывно идущая детонация топливно-воздушной смеси не очень способствует надежной работе такого двигателя. То, что еще худо-бедно годилось для одноразового полета продолжительностью не больше двух часов, при том уровне технологий оказывалось совершенно несостоятельным для требований военно-воздушных сил, заинтересованных в создании не только мощных, но и надежных двигателей для пилотируемой авиации.

Основным, принципиальным отличием любого типа детонационных двигателей от реактивных, является способ получения удельного импульса – в одном случае он получается за счет детонации топливно-воздушной смеси, а в другом за счет классического её сгорания.

Химическая реакция горения топливно-воздушной смеси, чисто технически не может распространяться со скоростью, превышающей скорость звука. Тогда как детонация (то есть, взрыв), перемещает фронт горения со сверхзвуковой скоростью, создавая ударную волну.

В настоящий момент реальным считается достижение в импульсных детонационных двигателях ударной волны, распространяющейся со скоростью до 3 километров секунду. Это, если очень грубо, примерно в девять раз быстрее скорости звука.

То есть, потенциально создание детонационного двигателя может привести и к созданию гиперзвуковой авиации, скорость которой в теории может достигать гиперзвуковых величин, то есть, превышать 5-6 чисел Маха.

Существующие варианты реактивных двигателей, увы, ничего подобного достичь не могут, и их скоростной максимум уже достигнут на некоторых перехватчиках (в частности, на МиГ-25) и самолетах-разведчиках, например, американском Lockheed SR-71. Скорость эта равняется трем числам Маха, или примерно 1 километр в секунду.

Вероятно, именно скорое появление детонационных двигателей заставило экспертов всего мира говорить об истребителях уже следующего, шестого, поколения.

И действительно, только появление чего-то революционного позволит современной боевой авиации совершить качественный скачок.

В противном случае, увы, никакие ухищрения в области вооружений, РЭБ или искусственного интеллекта не позволят нам говорить о новом поколении авиации.

В настоящий момент исследования в области детонационных двигателей ведутся буквально во всем авиационном мире. Параллельно разрабатываются два типа таких двигателей – импульсный и роторный.

Принцип работы импульсного двигателя построен на череде импульсов, когда сначала в двигатель подается воздух и топливо, потом происходит детонация этой смеси, потом продувка, после чего весь цикл повторяется.

Таких импульсов может быть от нескольких десятков до нескольких сотен в секунду, так что можно себе представить, в каких условиях работает двигатель.

Роторный вариант детонационного двигателя работает несколько иначе – детонация там идет постоянно, по кругу подрывая топливно-воздушную смесь и создавая постоянный импульс.

Этот вариант считается более продвинутым, но и более сложным.

Просто представьте, что в одной части камеры сгорания идет взрывная реакция, а в другой, одновременно с этим, происходит отвод отработанных газов и новое заполнение топливно-воздушной смесью.

По имеющимся данным, американцы сосредоточили свои исследования именно в области роторных детонационных двигателей. Российские же конструкторы за журавлем в небе пока не гонятся и создают прямоточный импульсный детонационный двигатель.

Во всяком случае, именно такой демонстратор был представлен в ОКБ имени А. М. Люльки. Правда, сделаем поправку на секретность – сказанное выше не означает ни того, что в России не разрабатывают роторный вариант, ни того, что в США не интересуются импульсным.

Скорее, речь можно вести о разных приоритетах, финансировании и достигнутых результатах.

Так или иначе, в настоящий момент мы уже точно можем говорить о том, что в РФ создан демонстратор технологий, который, пусть и с некоторой натяжкой, можно назвать прототипом прямоточного импульсного детонационного двигателя. Да, пока он весьма слаб – до 1600 кгс.

Для сравнения, тяга так называемого «двигателя второго этапа» для Су-57 должна составить, на форсаже, порядка 18 000 кгс.

Но тут важно то, что продемонстрированы сразу две вещи – высокая эффективность такого типа двигателей и, что немаловажно, достаточный научный и технологический уровень российской оборонной промышленности, позволяющий создавать и, в перспективе, серийно производить двигатели такого типа. Что же касается мощности, то это, как говорится, дело наживное…

Экспертами активно обсуждается важное следствие разработки детонационных двигателей, а именно вероятное повышение скоростей авиации.

И это, безусловно, важно, хотя сразу можно сказать, что потенциал тут несколько ограничен – сама атмосфера препятствует безумному разгону летательных аппаратов, а выход в безвоздушное или сильно разреженное пространство лишает кислорода любой двигатель, в том числе и детонационный.

То есть, сладкие грезы о том, как истребители и перехватчики будут выходить в космос и оттуда атаковать супостата мы все-таки оставим детям и фантастам. Хотя прогнозировать рост скорости истребительной авиации до примерно пяти Махов и увеличение практического потолка километров до тридцати мы, наверное, все-таки можем.

А это уже очень серьезно, уже хотя бы потому, что появление подобных самолетов потребует гигантских затрат на тотальное перевооружение практически всей системы ПВО в мире – эффективно бороться с ними не сможет ни современная авиация, ни большинство существующих зенитно-ракетных комплексов.

При этом почти не обращается внимания на другой аспект – вероятную замену (там, где это возможно) существующих авиационных двигателей на детонационные. И не с целью повысить скорость или тяговооруженность, а банально с целью экономии.

Дело в том, что топливная эффективность такого двигателя значительно выше, то есть, он расходует топливо гораздо эффективнее, чем существующие образцы. Грубо говоря, новый двигатель позволит пролететь на одной заправке на 30-50 процентов дальше, чем тот, что установлен на нем сейчас.

А это очень важное качество, которое будет с восторгом встречено как в военной, так и в гражданской авиации. Да и разработчики беспилотников скажут двигателистам большое спасибо.

Разумеется, в этом вопросе не так все просто, как всем нам хотелось бы.

Это и упоминавшаяся сложность эксплуатации детонационных двигателей, и некоторые ограничения, накладываемые самой природой процесса – например, для запуска прямоточного импульсного детонационного двигателя летательный аппарат нужно предварительно разогнать хотя бы до 100 м/с, а это предполагает наличие какой-то вспомогательной силовой установки. Есть и другие сложности, понятные, вероятно, только экспертам.

И все-таки это очень позитивное известие. Увы, так уж сложилось, что именно война зачастую становится основным двигателем прогресса.

Или подготовка в войне… Вот и сейчас есть некоторая вероятность, что гонка сверхдержав в области детонационных авиационных двигателей со временем либо сделает дешевле перелеты из Москвы на Камчатку, либо и вовсе сделает доступным гражданский сверхзвук или гиперзвук.

И мы, хоть и будем по-прежнему бояться тотального взаимного уничтожения, все-таки сможем смотаться на выходные в Петропавловск – родственников навестить или рыбку половить…