Гиперзвуковой тепловой двигатель для дальних беспилотных аппаратов и крылатых ракет.

Преодолеть техническую отсталость в двигателестроении России от стран НАТО невозможно без инновационного прорыва. Открытые в 20 веке способы преобразования энергии не позволяют достичь существенных результатов, так как потенциал, заложенный в них, исчерпан. Проанализировал все существующие способы в настоящее время, я решил найти новый способ преобразования энергии. Поставленную задачу решил - открыл способ безударного сложения потоков газов, используя который создал суперэжектор (эксэрготрансформатор) с теоретическим КПД - 100%. Эксэрготрансформатор в авиационном двигателе используется в качестве движителя.Тепловой двигатель является развитием моего универсального авиационного двигателя, в котором компрессор заменен топливным парогенератором со сверхкритическими параметрами, в котором бензин, в качестве рабочего тела, обеспечивает дополнительную работу свыше 800 КДж/кг. паров топлива. По своим характеристикам бензин является идеальным рабочим телом в термическом цикле, так как затраты тепла на его парообразования по сравнению с водой не значительны. Бензин можно сравнить со сжатым до сверхкритического состояния газом, использовать это свойство до настоящего времени было не возможно. Эксэрготрансформатор позволяет сложить эксэргию паров топлива и атмосферного воздуха в эксэрготрансформаторной камере (Ноу- хау), где выполнив работу сжатия, сгорает в ней. С камеры пары топлива и продукты сгорания направляются в движитель (Ноу – хау). Движитель представляет собой трубу, имеющую сложное сечение по своей длине. Перпендикулярно оси трубы установлен патрубок подвода рабочего газа. Ориентировочно для сжигания одного килограмма топлива необходимо 10 кг. воздуха, объем которого может быть сжат до 0,5МПа энергией паров топлива, но для успешной работы теплового двигателя на старте достаточно 0,2МПа. Расчет проведен для минимальной стартовой тяги. Избыток давления представляет собой резерв.Тяга двигателя обеспечивает вертикальный старт с большим ускорением беспилотного аппарата или крылатой ракеты, и достичь гиперзвуковой скорости в стратосфере.

Конкуренты.

Реально работающих ГПВРД нет. Исследования проводятся в Индии совместно с Россией, а так же в США  и некоторые источники указывают, что экспериментальный гиперзвуковой самолёт «Х-43» (Боинг/НАСА) имел пульсирующий гиперзвуковой двигатель. Последние испытания X-43 производились с помощью ракетного ускорителя, запускаемого с самолёта - носителя и разогнавшего этот аппарат до скорости 7.8М. Проработав 11 секунд, аппарат разрушился. Для гиперзвуковых аппаратов характерны проблемы, связанные с их весом и конструктивной и эксплуатационной сложностью. Перспективность  ПВРД  активно обсуждается в основном по той причине, что многие параметры, которые в конечном итоге определят эффективность самолёта с таким двигателем, остаются неопределёнными. Это, в частности, также связано со значительными затратами на испытания таких летательных аппаратов. Такие хорошо финансируемые проекты, как X-30, были приостановлены или закрыты до создания экспериментальных моделей.Технологии двадцатых годов прошлого века не позволяют создать двигатель 21века, поэтому конкурентов нет. 

Преимущества. Гиперзвуковой тепловой двигатель имеет ряд существенных преимуществ перед современным представлением о гиперзвуковом ПВРД. Превосходство теплового гиперзвукового ПВРД связано с тем, что в нем применены способ и технологии третьего тысячелетия.

1.Минимальная стартовая тяга теплового двигателя позволяет, установив достаточное количество двигателей осуществить вертикальный взлет с расчетным ускорением беспилотного аппарата любой массы и его вертикальную посадку при возвращении.

2.Отсутствуют скачки уплотнения воздушного потока на входе в воздухозаборник двигателя, при сверхзвуковом движении летательного аппарата.

3.В воздухозаборнике постоянное критическое разряжение за счет работы продуктов сгорания рабочего газа, который всасывает и ускоряет встречный холодный поток воздуха.

4. В связи с отсутствием торможения потока воздуха он входит в движитель с температурой окружающей среды, поэтому подогревая его до высокой температуры можно в несколько раз увеличить его объем, а стало быть, и выходную скорость реактивной струи. Скорость беспилотника определяется только материалом, из которого он изготовлен.

5. Подача топлива в движитель осуществляется в виде его паров в горящем факеле рабочего газа, который силовым образом взаимодействует с основным потоком, что дополнительно гарантирует гиперзвуковое сгорание топлива. 6. Простота регулирования тяги двигателя – расходом топлива.

 

РАСЧЕТ теплового двигателя в T-S диаграмме.

Давление рабочего газа поступающего в движитель взято минимальное, без учета трансформации тепла горения топлива в кинетическую энергию в эксэрготрансформаторной камере сгорания. Параметры торможения рабочего газа, поступающие в топку - Тторм.=2912.°К и Рторм.=0,19МПа. В процессе 1-2 адиабатного расширения до давления 0,566МПа выполняется работа по созданию в воздухозаборнике движителя критического разряжения равного Р. = 0,528МПа, которое обеспечивает звуковую скорость всасываемого наружного потока воздух процесс 3-4. При дальнейшем движении холодного воздуха на выход из движителя, он контактирует с рабочим газом, который в изотермическом процесс сжатии 2-5, передает ему тепло и оба потока, увеличив потенциал, выходят из зоны разряжения. Рабочий газ сжимаясь, увеличивает свой потенциал процесс 7-8 до давления Р.=0,335МПа, а поток холодного воздуха, поглощая тепло, тоже выходит из зоны разряжения процесс 4-3. Кстати: при изотермическом процессе теплоёмкость газов стремится к бесконечности, что улучшает гарантии сверхзвукового горения топлива. Рабочий газ в изобарном процессом 7-6 отдает тепло воздуху, который изохорном процессе 3-6 увеличивает свой потенциал до Р.=0,19МПа. Чистая работа - теплоперепад 8-7 увеличивает потенциал общего потока до давления Р.=0,26МПа. Результат всех процессов в движителе – это работа 9-10, составляющая мощность на 1/ кг. воздуха -137киловат. Массовый расход воздуха в секунду через движитель. Площадь воздухозаборника – 1м. кв. Скорость входа воздуха – 303,9 м/сек. Удельный объем – 1,249 кг/ м3. Итого: масса пассивного воздуха равна – 243,3 кг. масса рабочего воздуха, составляющего 1/9 часть – 30,4кг. Всего: 273,7кг/сек. Мощность потока – 37500киловат. КПД = 46%. Скорость выхода воздуха из сопла движителя – 523,4м/сек. Импульс – 143270Н. Тяга - 14,3т/м.кв. воздухозаборника при старте.