0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое гибридный ракетный двигатель

Гибридный ракетный двигатель — химический ракетный двигатель, использующий компоненты топлива в разных агрегатных состояниях — жидком и твёрдом. В твёрдом состоянии может находиться как окислитель, так и горючее.

Наличие твёрдого компонента позволяет существенно упростить конструкцию, что делает ГРД одним из самых перспективных, надёжных и простых типов ракетных двигателей. Применяемые окислители достаточно распространены — жидкий и газообразный кислород, закись азота. Топливом может быть любое твёрдое горючее вещество — ПВХ, бутилкаучук, резина, парафин и прочее шутки ради в передаче «Разрушители легенд» запустили ракету на закиси азота и колбасе.

В СССР первый полёт оснащённой гибридным двигателем экспериментальной крылатой ракеты, спроектированной под руководством С. П. Королева в ГИРД, состоялся 23 мая 1934 года.

В Российской Федерации исследованием и постройкой ГРД занимается Исследовательский центр имени М. В. Келдыша.

На первом частном космическом челноке «SpaceShipOne» компании «Scaled Composites», поднявшемся в 2004 году на высоту более 100 км, использовался именно ГРД.

Cамые быстрые автомобили планеты, бросившие вызов звуковому барьеру

Получайте на почту один раз в сутки одну самую читаемую статью. Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте.

«The Blue Flame» превышает скорость 1000 км/ч в 1970 году

Не случайно история начинается с болида «The Blue Flame», который хоть и не преодолел звуковой барьер, однако «промчался» совсем рядом с этой отметкой и все-таки поставил рекорд скорости, превысив 1000 км/ч.

Боссы американской компании The American Gas Association, занимающейся добычей и переработкой природного газа, решили прорекламировать свой бизнес, вложив 500 тыс. дол. (огромные деньги по тем временам) в разработку самого быстрого в мире болида. Автомобиль, получивший название «The Blue Flame» — «Голубое пламя», естественно должен был работать на газе.

Разработкой автомобиля-рекордсмена занялись сотрудники Иллинойского технологического института Рэй Даусман и Дик Келлер, а также их друг — гонщик Пит Фарнсуорт. Надо сказать, что эта троица давно грезила созданием самой быстрой машины в мире, к тому времени уже построив несколько достаточно успешных прототипов. Воспользовавшись своими связями в научном мире, талантливые энтузиасты смогли привлечь к работе лучших специалистов. Разработка «The Blue Flame» даже вошла в учебную программу технологического института штата Иллинойс, где над ним трудились профессора, преподаватели и более 70 студентов.

В октябре 1970 года на старт вышла феноменальная машина массой 2950 кг, длинной 11.6 м. и силой тяги ракетного двигателя в 10000 кгс, ставшая апофеозом инженерной мысли. Создатели болида предвкушали будущий триумф, ведь при расчетной скорости автомобиля в 1450 км/ч, звуковой барьер просто обязан был покориться! За руль сел опытный пилот Гэри Габелич, который, в свое время, даже входил в состав экипажа-дублера первого пилотируемого полета на Луну.

На первый взгляд автомобиль имеет три колеса, однако, на самом деле болид четырехколесный, впереди на пружинной подвеске размещена сдвоенная пара колес, почти полностью скрытая корпусом. При этом поворот их настолько мал, что разворачивается машина по окружности радиусом порядка 400 м. Задние колеса размещены без всяких обтекателей на трубчатых фермах. На всех четырех колесах установлены особо прочные гладкие пневматические покрышки Goodyear, которые стали самыми «быстрыми» за всю историю автомобилестроения.

В сентябре 1970 года начались пробные заезды «The Blue Flame». Поначалу, пока болид проходил обкатку, результаты были не самыми выдающимися. Однако в октябре того же года во время 23-го заезда был поставлен мировой рекорд скорости на дистанции 1 км — 1014,294 км/ч.

Возможно, тогда Гэри Габеличу и «Голубому пламени» удалось бы преодолеть и звуковой барьер, однако, как это часто бывает, за дело взялись деловые люди в строгих костюмах. Громкий рекорд в 1000 км/ч уже был достигнут, и спонсоры решили, что пора собирать дивиденды от вложенных средств. Пилота Гэри Габелича и болид «The Blue Flame» несколько лет возили по городам США в ходе рекламного тура продукции The American Gas Association. А когда их популярность спала, в 1975 году «The Blue Flame» просто продали за 10 тысяч долларов в институт технологии газопереработки, ранее принимавший участие в создании болида. О Габеличе спонсоры забыли еще раньше. В 1972 году, когда пилот сильно пострадал в аварии, ему даже не оплатили лечения. Так закончилась история смелого гонщика Гарри Габелича и его самой быстрой в мире машины, почти преодолевшей звуковой барьер.

«Budweiser Rocket» преодолевает звуковой барьер со скоростью 1190,344 км/ч в 1979 году

Болид «Budweiser Rocket» стоимостью 900 тыс. дол., разработанный командой инженера Уильяма Фредерика, тоже представляет собой ракету на колесах, созданную для покорения звукового барьера на земной поверхности. Первоначальный вариант конструкции автомобиля предусматривал один жидкостный ракетный двигатель и два стартовых двигателя, работавших на твердом топливе. Фюзеляж машины длинной 12,1 метра выполнен из алюминия, за передним колесом (все колеса болида цельнометаллические) расположены баки с топливом и окислителем. После прохождения через катализаторы топливной системы из окиси водорода выделяется кислород, воспламеняющий жидкое топливо полибутадиен. Примерно за 20 секунд химической реакции создается фантастическая реактивная тяга до 11000 кгс. Перед решающим заездом инженеры пошли на серьезный риск, разместив над основным двигателем еще один, работающий на твердом топливе, дополнительный ракетный двигатель с тягой 2700 кгс, снятый с управляемой ракеты-снаряда «Sidewinder». После этого максимальная расчетная скорость машины массой 1476 кг составляла уже 1450 км/ч, а общая тяга достигала 13500 кгс!

Читать еще:  Во сколько может обойтись ремонт двигателя

Для рекордного заезда была подобрана идеальная 20-километровая трасса на высохшем озере Роджерс в южной Калифорнии, принадлежащая авиабазе ВВС США Эдвардс. Старт был назначен на 17 декабря 1979 года, в этот день температуре воздуха на трассе была —7°С, поэтому скорость звука составляла «всего» 1177.846 км/ч. Любопытно, что среди наблюдателей находился легендарный генерал ВВС США Чарльз Йегер. Именно он, еще в звании капитана, на реактивном самолете «Bell X-1» впервые в мире преодолел звуковой барьер в 1947 году.

Не смотря на многочисленные сложности и экспромты во время подготовки заезда, техника сработала надежно. Пилот Стэн Баррэт успешно прошел контрольный отрезок пути, выпустив тормозной парашют за 6,5 миль до благополучной остановки болида. Баррэту удалось поставить фантастический рекорд скорости в 1190.344 км/ч (739.66 миль в час), впервые опередив звук на 12,5 км/ч.

А вот дальше начались сложности с бюрократией. К сожалению, разработчики не озаботились приглашением на заезд специалистов из международных организаций для официальной фиксации и сертификации рекорда скорости. И хотя многие эксперты обращают внимание на ударные волны, заметные на фотографиях, а радары базы ВВС пусть и кратковременно, но зафиксировали нужную скорость, официальных лиц эти аргументы не удовлетворили. Существует версия, что болид просто не обладал достаточным запасом топлива и мощностью, поэтому превышение скорости звука хоть и произошло, но оказалось слишком кратковременным, чтобы быть зарегистрированным официально. В любом случае официального признания рекорд Budweiser Rocket так и не получил.

Новый официальный мировой рекорд скорости от Thrust2 в 1983 году

Следующим претендентом на преодоление звукового барьера стал автомобиль Thrust2, оснащенный мощнейшим турбореактивным двигателем. 4 октября 1983 года в пустыне Блэк-Рок (Невада, США) пилот Ричард Нобл на болиде Thrust2 развил скорость 1047.49 км/ч (650.88 миль в час) побив предыдущий официальный рекорд скорости. Его автомобиль был оснащен мотором Rolls-Royce Avon от English Electric Lightning F.3, который использовался с 1959 по 1988 годы. Что интересно, геометрия корпуса болида сильно отличалась от предыдущих претендентов на рекорд, зато колеса Thrust2 были цельнометаллическими, как и у «Budweiser Rocket».

Хотя новый официальный мировой рекорд скорости был установлен, звуковой барьер Ричарду Ноблу так и не покорился, поэтому англичанин начал работу над новым болидом, получившим имя Thrust SSC.

В 1991 году автомобиль Thrust2 был продан за 90 тысяч фунтов. Сегодня его можно увидеть в музее транспорта города Ковентри в Великобритании.

Thrust SSC — первый и единственный болид, официально преодолевший звуковой барьер в 1997 году

Длина Thrust SSC составляет 16,5 метров, ширина 3,7 метров, масса достигает 10,5 тонн. Болид оснащён двумя турбовентиляторными двигателями Rolls-Royce Spey суммарной мощностью в 110 тысяч лошадиных сил (82000 киловатт). Подобные двигатели устанавливались на некоторые самолеты F-4 Phantom II Королевских ВВС. При длине 16.5 метров, и массе 10.5 тонн, расход топлива этого монстра составляет порядка 18 литров в секунду. За 16 секунд Thrust SSC с нуля набирает скорость 1000 км/ч, рекордную скорость 1228 км/ч (766,097 миль в час) болид набрал за половину минуты.

За рулем болида находился пилот Королевских ВВС Энди Грин. Рекорд наземной скорости был установлен 15 октября 1997 года в пустыне Блэк-Рок (Невада, США), на специально подготовленной трассе длиной 21 км. Таким образом впервые за всю историю человечества управляемым наземным транспортным средством официально был преодолён звуковой барьер.

Первая версия гибридного болида Bloodhound SSC была показана в 2010 году на авиа-шоу в Великобритании. Разработчики под руководством все того же Ричарда Нобла планируют побить мировой рекорд скорости за 42 секунды, разогнав автомобиль до 1609 км/ч (1000 миль в час).

Свое имя Bloodhound автомобиль получил в честь ракеты, состоявшей на вооружении армии Великобритании несколько десятилетий. Сверхзвуковой болид Bloodhound SSC имеет длину 12,8 метра при весе 6,5 тонн. Машина оснащена сразу тремя двигателями: гибридным ракетным, реактивным двигателем Eurojet EJ200, которые обычно стоит на истребителях Eurofighter Typhoon, и 12-тицилиндровым V-образным бензиновым двигателем на 800 лошадиных сил. Каждый из этих двигателей предназначен для определенного этапа разгона автомобиля. Что интересно, колеса Bloodhound SSC изготовлены из алюминия и имеют диаметр почти один метр.

Бонус 1: первый в мире самолет Bell X-1, преодолевший звуковой барьер

Удивительно, но официальная победа автомобиля Thrust SSC над звуковым барьером произошла ровно через пол столетия после того, как капитан Чарльз Йегер на экспериментальном самолёте Bell X-1 покорил звуковой барьер в воздухе.

Бонус 2: фотографии самолетов, преодолевающих звуковой барьер

Понравилась статья? Тогда поддержи нас, жми:

Как работает реактивный двигатель


Рисунок 3 – Схема работы реактивного двигателя

Воздух из окружающего пространства поступает на всас вентиляторов, которые подают его далее лопатки вращающегося с очень высокой скоростью турбокомпрессора. При этом поступающий воздух выполняет 2 функции:

  • окислитель для сгорания топлива;
  • охладитель агрегата.

В лопаточном аппарате турбокомпрессора воздух крепко уплотняется и под высоким давлением (от 3 МПа) подается в топливную смесительную камеру реактивного двигателя. Из рисунка 3 видно, что камера сгорания устроена таким образом, что смешение воздуха производится в несколько ступеней — на входе и в самой камере. Сюда же подводится топливо.

Читать еще:  Om460la на какой двигатель

Хорошо перемешанная и в достаточном количестве обогащенная смесь воспламеняется, и в результате сгорания образуется тепловая энергия с выделением огромного объема газов. Последние приводят во вращение турбину горячей части двигателя, привод которой служит приводом турбокомпрессора.

В отдельных моделях реактивных двигателей турбины на выходе не монтируются. По большей части данное исполнение применяется в конструкции и принципе работы ракетного двигателя, где продукты сгорания после камеры попадают на выходные сопла.

Покидая горячую ступень, газы во всех реактивных аппаратах проходят через сопла. Эти элементы отличаются по своим конструкциям для разных моделей реактивных агрегатов и представляют собой «трубу», которая сначала сужается, а к выходу газов увеличивается в диаметре. За счет такой конструкции отработавшие газы увеличивают свою скорость до сверхзвука и образуют реактивную силу.

Температура горения в «сердце» реактивного агрегата достигает 2500°С, поэтому конструктивно требовательны в постоянстве охлаждения.

Гибридные автомобили — это машины, которые используют два или более разных источника энергии для запуска двигателя. Наиболее часто используемым термином для таких транспортных средств являются HEV (гибридные электрические транспортные средства). В них используются двигатель внутреннего сгорания и электродвигатели. Помимо электродвигателей, другими источниками энергии, которые можно использовать в гибридном автомобиле, являются водород, сжатый воздух, жидкий азот, ветер, солнечная энергия и даже уголь, древесина и другие твердые горючие вещества.

Гибридные автомобили или электромобиль

Первый вопрос, который возникает, заключается в том, почему мы не просто используем электрический автомобиль, чтобы устранить опасность загрязнения и избежать высоких цен на бензин? Зачем нам нужна эта гибридизация? Чтобы управлять автомобилем по национальной автомагистрали, он должен отвечать определенным минимальным требованиям, т.е. не менее 300 миль до заправки, легко заправляться топливом и поддерживать среднюю скорость, близкую к скорости движения других транспортных средств на дороге.

Хотя электромобили почти не загрязняют окружающую среду и не требуют какого-либо бензина, их перезарядка занимает много времени, они движутся со сравнительно медленными темпами и требуют перезарядки после максимум 100 миль. С другой стороны, бензиновые двигатели легко справляются с этими требованиями, но имеют расход топлива и являются огромным акционером глобального потепления.

Двигатели в гибридном авто

Гибридные автомобили — это мост и компромисс между этими двумя типами двигателей, используя положительные атрибуты обоих и сводя к минимуму их отрицательные воздействия. Он пытается значительно увеличить пробег и сократить выбросы газового автомобиля, преодолевая пределы электромобиля.

Гибрид

В гибридном автомобиле есть бензиновый двигатель, который меньше обычных автомобилей, использует передовые технологии для снижения выбросов и повышения эффективности, топливный бак, который является устройством хранения энергии для бензинового двигателя, который представляет собой сложный электродвигатель, который может действовать как двигатель (для вытягивания энергии из батарей для ускорения автомобиля), а также генератор (чтобы замедлить работу транспортного средства и вернуть энергию на батареи). Помимо этого, HEV включают в себя передачу и батареи, которые действуют как устройство хранения для электродвигателя.

Компоненты гибридного автомобиля

Конфигурация двигателей

Двигатели гибридного автомобиля могут быть сконфигурированы параллельно или последовательно. В параллельном гибриде одновременно и двигатель, и электродвигатель поворачивают трансмиссию. Топливный бак подает бензин в двигатель. В то же время батареи подают питание на электродвигатель. В гибридных сериях бензиновый двигатель не обеспечивает энергию непосредственно к транспортному средству. Он вращает генератор, и генератор может либо заряжать батареи, либо приводить в действие электродвигатель, который управляет передачей.

Основная цель изобретения гибридных автомобилей заключалась в том, чтобы улучшить пробег и уменьшить токсичные выбросы. Эти цели очень удовлетворяются нашими HEV. Этими транспортными средствами эффективно управляют лимиты граммов / мили, стандартизированные большинством стран, и инвестиции также выгодны, учитывая высокие темпы роста бензина.

BEV (Battery Electric Vehicle)

В дополнение к номенклатуре гибридных автомобилей, термин&nsbp;BEV используется для обозначения полностью электрического автомобиля. У него больше нет двигателя внутреннего сгорания, а за передвижение автомобиля и питание бортового оборудования отвечает электромотор. Как&nsbp;и в гибридных установках, в этом типе привода используется система рекуперации энергии торможения. Батарея получает электричество от внешнего источника, как&nsbp;и&nsbp;гибрид типа plug-in.

Типы гибридных силовых установок

Установкой гибридных силовых установок автопроизводители добиваются нескольких целей. Во-первых, это снижение выбросов углекислого газа (СО₂), который является источником парникового эффекта на планете и ведет к глобальному потеплению. Во-вторых, уменьшение расходов на топливо, которые несут на себе автовладельцы. И в-третьих, повышение динамики разгона автомобиля благодаря двум источникам крутящего момента.

Два первых преимущества достигаются за счет возможности перемещения на электротяге (особенно в режимах, когда КПД у ДВС низкий), режима рекуперации энергии торможения (торможение электродвигателем, который работает в режиме генератора, вырабатывая электроэнергию для подзарядки АКБ), разгона с помощью ДВС и электродвигателя, выключения ДВС при кратких остановках (системы start-stop).

Конструктивно все это происходит по-разному, поэтому получаемый эффект тоже отличается.

Классификация гибридов

Общепринятая классификация гибридов подразумевает три их типа: последовательный, параллельный и последовательно-паралельный.

Последовательный гибрид – конструкция, в которой двигатель внутреннего сгорания (бензиновый или дизельный) приводит в действие только генератор. ДВС в этой схеме работает в режиме максимальной экономии топлива. Электроэнергия, вырабатываемая генератором, поступает или на тяговый электродвигатель, или в аккумуляторную батарею. Электродвигатель в этой схеме через трансмиссию передает на колеса требуемый крутящий момент, а в режиме торможения работает как генератор, подзаряжая АКБ (режим рекуперации энергии торможения). Такие гибриды маркируются аббревиатурой REEV (range-extended electric vehicle) или EREV (extended-range electric vehicle).

Читать еще:  Горит чек перед запуском двигателя

Подобная конструкция имеет свои преимущества и недостатки. Плюсы этой схемы – постоянная работа ДВС в самом экономичном режиме, простота управления и отсутствие сложной трансмиссии. Из минусов следует отметить малый КПД механизма передачи энергии от ДВС к ведущим колесам автомобиля. Такая конструкция используется в модели BMW i3 REx, спорткупе Cadillac ELR и Chevrolet Volt 2015 модельного года, а также в автобусах с гибридными силовыми установками, например Toyota Coaster Hybrid.

Параллельная конструкция вооружена ДВС и тяговым электромотором, которые связаны с ведущими колесами автомобиля. Электромотор здесь питается от аккумуляторной батареи. Поскольку крутящий момент от первичного вала может быть напрямую передан на колеса авто, коэффициент полезного действия такого гибрида выше. В этой схеме используется один или два электромотора (гене-ратор+тяговый мотор). В первом случае электромотор может работать и в режиме генератора, и в режиме тягового двигателя. Но в такой схеме довольно сложная конструкция трансмиссии, потому что крутящий момент нужно передавать на колеса и от ДВС, и от электромотора. Помимо этого, ДВС не может все время работать в эконом-режиме. Такую конструкцию силовых агрегатов имеют модели Honda – Civic Hybrid, Insight и CR-Z.

Последовательно-параллельная конструкция гибридной силовой установки сочетает в себе обе вышеупомянутые схемы. Благодаря такой комбинированной схеме удалось получить преимущества обеих систем. В данной случае имеется и ДВС, и электромотор, и в зависимости от условий движения машина может ехать либо только на электротяге (до 1,5–2,0 км), либо только на тяге от ДВС, либо движущую энергию колеса могут получать и от ДВС, и от электромотора. У компании Toyota в силовой установке Toyota Hybrid System использован планетарный делитель силового потока (крутящего момента), который поступает от двигателя внутреннего сгорания и может гибко изменяться, передавая часть энергии на генератор, а часть – на колеса автомобиля. Вырабатываемая при этом электроэнергия может сразу идти как для питания силового электродвигателя, так и для подзарядки аккумуляторных батарей. Данная конструкция внедрена в ряде моделей Toyota, в числе которых Prius, Yaris Hybrid, Auris Hybrid, Camry Hybrid, Avalon Hybrid, а также в моделях Lexus – CT 200h, IS 300h, GS 300h, GS 450h.

Комбинированный гибрид применяется и в полноприводных моделях. Но в них колеса передней оси приводятся в действие вышеописанной комбинированной системой, как у переднеприводных моделей, а для привода колес задней оси используется отдельный электродвигатель. Такая конструкция значительно проще, без сложной трансмиссии с карданными передачами и редукторами. Ее применяют в полноприводных внедорожниках, например в Toyota Highlander Hybrid и RAV4 Hybrid.

Подзаряжаемые гибриды

Раньше считалось, что гибриды могут подзаряжать себя только сами, когда электромотор работает в режиме генератора (при рекуперации энергии торможения, при движении в режиме торможения двигателем и т.д.). Но Toyota в числе первых пошла дальше и сделала модель Prius подзаряжаемой. Эти гибриды получили название plug-in hybrid (Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV). Они имеют на борту АКБ повышенной емкости (у Toyota литий-ионные вместо никель-металлгидридных), которые можно подзаряжать от бытовой электросети. Поэтому plug-in hybrid может передвигаться только на электротяге на большие расстояния – не 1,5–2,0 км. а от 20 до 80 км и более.

Гибриды Toyota в Украине

На сегодняшний день лидер в производстве моделей с гибридными силовыми установками компания Toyota представляет в Украине модель Auris Hybrid с гибридной силовой установкой. А в ближайшее время будет презентована гибридная версия нового Toyota RAV4 Hybrid.

Особенности мягкой гибридной системы

Мягкий 48 В гибрид имеет ряд полезных системных функций. В режиме FMA (обороты холостого хода, двигатель выключен) двигатель отключается, как только водитель снимает ногу с педали газа. Затем автомобиль продолжает движение без расхода топлива. Двигатель также едва слышим при перезапуске. Он включается и выключается без задержек, что делает новый Golf значительно более эффективным.

Схема мягкого гибридного привода («mHEV») с 48 В технологией © volkswagen-newsroom.com

В системе предусмотрена так называемая функция комфортного запуска. Если водитель нажимает повторно педаль акселератора, двигатель внутреннего сгорания запускается немедленно, с очень небольшим количеством вибраций. Это еще одно преимущество BSG: в отличие от стандартного стартера, водитель быстро и комфортно переходит в фазу движения при запуске.

Функция помощи и прогноза считывает навигационные данные, такие как ограничения скорости или повороты, чтобы достичь пунктов маршрута с оптимальной скоростью и, таким образом, максимально эффективно использовать кинетическую энергию транспортного средства.

Инновационные технологии с перспективами

В 2030 году Volkswagen ожидает, что доля его новых автомобилей в Европе и Китае составит около 40%. Там, где эффективность двигателей внутреннего сгорания достигнет своих физических пределов, 48 В технология откроет новые возможности. Также напомним, что законодатели призывают к устойчивому сокращению выбросов CO2 автопарка до 95 г/км к 2020 году.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector