Воздушно-ракетные двигатели

[dante]

Существует ли устоявшееся (или хотя бы просто корректное     ) название для проектов двигателей, сочетающих свойства ракетных и воздушно-реактивных, как у Скайлона или МБР Гном? В английской википедии удалось найти такие названия, с нюансами смыслов:

Air-augmented rocket
Hybrid air-breathing rocket engine
Combined cycle rocket engine
Rocket-ejector
Ramrocket
Ducted rocket
Integral rocket/ramjets
Ejector ramjets
Liquid air cycle engine

Я решил восполнить пробелы в русской википедии касательно сабжа, но для начала нужно очертить рамки статей.

[Владимир Шпирько]

Добавьте  HOTOL (Хотол) английский проект 70...80гг.  Орбитальный самолет с турборакетным?! гибридным?! двигателем  RB545.

[dante]

Фактически Скайлон и есть продолжение Хотола.
Из независимых проектов был ещё индийский Avatar.

[ZOOR]

Проект ПВЭРД: ЦАГИ и МАИ разработают двигатель нового поколения

Российские ученые работают над электрореактивным двигателем.

Пресс-служба Центрального аэрогидродинамического института имени профессора Н.Е. Жуковского сообщает, что специалисты ЦАГИ и Московского авиационного института (МАИ) работают над проектом по разработке прямоточного воздушного электрореактивного двигателя (ПВЭРД).

По словам разработчиков, новая силовая установка позволит нивелировать зависимость активного существования космических аппаратов на сверхнизких орбитах (150–250 км) от запаса топлива, которое было заменено на газы из разреженной атмосферы, окружающей КА. Кроме того, реализация данного проекта уменьшит расходы на запуск космолета.

В рамках данного проекта специалисты ЦАГИ уже представили физико-математическую модель процессов, которые происходят в воздухозаборнике и накопителе газов ПВЭРД. Также разработана концепция спутника, работающего на таком двигателе на низких орбитах. Таким образом, уже сформирована система оптимального управления космическими аппаратами с силовой установкой нового поколения.

Инженеры МАИ представили и протестировали главные элементы новой силовой установки. Кроме того, в рамках проекта ПВЭРД модернизирован испытательный стенд для имитации работы двигателя на орбите. Следующим этапом разработки станет создание действующей модели ПВЭРД. В ближайшее время ученые приступят к монтажу опытного образца, который в ходе испытаний должен подтвердить работоспособность и корректное взаимодействие устройств забора газов и двигательной части.

Материал подготовил Сергей Перелесов
07 декабря 2017 в 10:45

[Кубик]

ZOOR пишет: По словам разработчиков, новая силовая установка позволит нивелировать
зависимость активного существования космических аппаратов на сверхнизких орбитах
(150–250 км) от запаса топлива, которое было заменено на газы из разреженной
атмосферы.

Да, через полвека это очень ново..
http://www.razlib.ru/transport_i_aviacija/aviacija_i_kosmonavtika_2006_07/p3.php
https://ru.wikipedia.org/wiki/1%D0%AF2%D0%A2%D0%90

[pkl]

dante пишет:
Существует ли устоявшееся (или хотя бы просто корректное    ) название для проектов двигателей, сочетающих свойства ракетных и воздушно-реактивных, как у Скайлона или МБР Гном? В английской википедии удалось найти такие названия, с нюансами смыслов:

Air-augmented rocket
Hybrid air-breathing rocket engine
Combined cycle rocket engine
Rocket-ejector
Ramrocket
Ducted rocket
Integral rocket/ramjets
Ejector ramjets
Liquid air cycle engine

Я решил восполнить пробелы в русской википедии касательно сабжа, но для начала нужно очертить рамки статей.

У Скайлона - ЖРД с ожижением атмосферного воздуха /см. Энциклопедию Космонавтика под ред. В.П. Глушко/. У МБР Гном на первой ступени был прямоточный воздушно-реактивный двигатель /ПВРД/, вторая и третья ступени и стартовые ускоритель - ракетные двигатели твёрдого топлива /РДТТ/. Термины устоявшиеся.

Есть ещё ракетно-прямоточные двигатели - РПД. Но они, кажется, нигде не применялись.

[vissarion]

31 институт третьей академии аэрокосмических наук и технологий Китая разработывает двигатель "Юньлун" для аэрокосмической системы.

Science and Technology Daily, 2021-04-16 17:11:07

Спойлер

Корреспонденты журнала "Наука и технологии" Ли Хэ, Чжао Цун, Чжан Чжиган

Это ключевое испытание двигателя «Юньлун». Все затаили дыхание и смотрели на быстро падающее значение температуры на тестовом экране. Когда командир объявил результаты испытаний, выполнение показателей превзошло ожидания. Устройство предварительного охлаждения двигателя 31 «Юньлун» Третьей академии аэрокосмической науки и промышленности Китая успешно прошло испытание на падение температуры с самой большой производительностью в Китае.



Новая мощь для челноков воздух-космос-воздух

Двигатель «Юньлун» - это тип двигателя комбинированной мощности, разработанный 31 институтом, а также новый тип двигателя для аэрокосмических челноков, который исследуется 31 институтом. В случае успеха он может ускорять самолет, взлетающий с земли горизонтально, а затем приземлиться также горизонтально на земле, реализуя многоразовую транспортировку земля-космос-земля. Но он будет летать быстрее и выше самолетов, а также отличается от обычных ракет-носителей с вертикальным взлетом и посадкой.


Как отправить космический корабль в космос? Умные люди на Земле испробовали несколько решений, наиболее распространенным в настоящее время является использование ракет-носителей. Несмотря на то, что ракетный двигатель запускается на земле, все необходимые источники энергии должны быть «самодостаточными», то есть он должен сжигать свой собственный окислитель и топливо для создания тяги. Согласно общедоступным данным, ракета должна нести большое количество окислителя во время полета, в результате чего масса топлива составляет более 85% от массы всей ракеты. Таким образом, массовое пространство ракеты выделяемая для «пассажира» т.е. полезной нагрузки сильно уменьшается.

Чтобы восполнить недостатки ракетного двигателя, исследователи предложили многоразовый аэрокосмический аппарат, который использует карбюраторный режим во время полёта в атмосфере. Этот тип использует кислород из воздуха в качестве окислителя, что эффективно снижает расход топлива и затраты. Но на самом деле существующие двигатели человечества делятся на турбины, ТРДД, прямоточные, ракеты и т.д.. Каждый из которых имеет свой рабочий диапазон и преимущества. Трудно достичь широкого диапазона скоростей опираясь только на один. Поэтому, комбинируя разные двигатели и собрав сильные стороны каждого семейства, мы можем совместно лучше выполнить миссию перевозки воздух-космос. Поиск идеального сочетания мощности стал наиболее актуальной задачей в области аэрокосмических полетов в стране и за рубежом. Среди них направление предварительного охлаждения привлекает все больше и больше внимания и исследований, и постепенно сформировался новый план для авиакосмического транспортного двигателя.

Ма Тонглинг, главный инженер-двигателист, представил, что одна из самых больших трудностей при разработке комбинированного силового двигателя заключается в том, как достичь высоких характеристик в условиях температуры воздуха на входе выше 1200 К, когда аэрокосмический аппарат летит на сверхвысокой скорости в атмосфере в течение длительного времени. Когда температура воздушного потока резко повышается, материал не может выдержать этого, и высокопроизводительные компоненты, такие как сжатый воздух, не могут работать. Чтобы решить эту проблему, мы не можем полагаться только на увеличение пределов материалов. Наиболее прямой путь - охлаждение. Технология предварительного охлаждения - это технология, которая вводит активное охлаждение всасываемого воздуха и глубоко интегрирует преимущества термодинамического цикла для получения преимуществ новой программы теплового цикла.

«Решил, я сделаю это»

Начиная с периода «двенадцатой пятилетки», технология предварительного охлаждения энергии вошла в поле зрения экспертов 31 института. В то время фундаментальные исследования этого типа технологии проводились на международном уровне в течение многих лет, и были сделаны определенные открытия. После предварительного исследования группа 31 института была шокирована сложностью технологии: снижение температуры с 1000 ° C в течение 0,01 секунды до минус 150. Это чрезвычайно сложно. Но точно так же очарование технологических инноваций глубоко привлекло эту группу космических специалистов - если технологический прорыв окажется успешным, станет возможен новый тип энергии, который приведет к революционным изменениям в способах космических перевозок.

После долгих размышлений 31 институт решил сделать это. Какой ввод вы используете? Следует ли рассматривать его как новый тип технологических исследований и исследований или следует рассматривать его как своего рода резервный источник информации для решения ключевых проблем? После тщательного рассмотрения руководящая и экспертная группа 31 института выбрали последнее.

В июне 2018 года в 31 институте был официально учрежден технологический центр предварительного охлаждения, основная задача которого - исследования и разработки в области энергоснабжения. Технология предварительного охлаждения все еще находится в зачаточном состоянии на международном уровне, и зарубежные страны немного опережают, но в инженерных приложениях не произошло никакого прорыва, и разрыв не увеличился. В качестве основного элемента нового двигателя 31 технологический центр предварительного охлаждения будут конкурировать с международными экспертами и изо всех сил стараются наверстать упущенное.



Но стоящие перед нами проблемы нельзя недооценивать. Предохладитель, используемый для охлаждения высокотемпературного входящего потока, является одной из основных технологий двигателя предварительного охлаждения, является также «ключевой проблемой» команды. Как теплообменное оборудование, предварительные охладители можно встретить повсюду в повседневных инженерных приложениях, но невозможно напрямую применить традиционную технологию теплообменников в авиакосмических транспортных средствах. Не говоря уже о том, что традиционные теплообменники слишком громоздкие и тяжелые. С точки зрения времени теплового отклика теплообменники являются «медленными» по сравнению с традиционными камерами сгорания, в то время как самолеты с чрезвычайно высокими требованиями к времени отклика являются «быстрыми». В быстрых системах также есть проблема управления. Кроме того, есть проблемы в материалами, технологиям и надежности.

«Две основные технологии определяют, будет ли разработан технический план, а несколько ключевых технологий решают, можно  ли реализовать это на практике», - сказал Ма Тонглинг. Есть несколько «препятствий». Если вы хотите добиться успеха, вы должны решать их одну за другой, и вы должны встать на путь независимых инноваций.

Дракон в облаках, свет силы
В том что он решит «препятствие», 31 институт не лишен уверенности. 31 институт, являющийся «профессиональным пользователем» отечественных авиакосмических двигателей, накопил более чем 60-летний опыт и имеет полный спектр двигателей, включая турбины, турбовентилятные, прямоточные воздушно-реактивные двигатели и твердотопливные ракетные двигатели. Большое количество продукции поставляется  пользователям, который реализует комбинацию мощности для различных двигателей. Это вселяет уверенность команде по теме предварительного охлаждения, чтобы проводить новые технологические исследования.


Основной силой технологического центра предварительного охлаждения является группа «молодых телят», средний возраст которых составляет менее 30 лет, это как иностранные студенты, так и местные студенты с высокими достижениями. Команда работала с отечественными университетами над решением ключевых проблем и постепенно сформировала открытую и инклюзивную платформу НИОКР с 31 институтом в качестве общего центра, охватывающего технологические исследования, разработку продуктов, обработку и производство, экспериментальные испытания и продвижение индустриализации.


Активно решив ключевые проблемы, 31 институт устранил многие «препятствий». Ню Цзюнь, директор 31 центра технологий предварительного охлаждения, сказал, что двигатель завершил предварительную разработку и технологию производства крупномасштабных глубоких предохладителей, микроканальных высокотемпературных и низкотемпературных теплообменников, а также ключевые технологии, таких как новые гелиевые турбины системы и компрессоры. В исследованиях был сделан большой прорыв. В 2020 году институт завершил опытное производство прототипа принципа двигателя и прошел первый этап наземных испытаний.

«Технология предварительного охлаждения - позволит создать идеальный двигатель для новых аэрокосмических челноков, и она привлекает все больше и больше внимания в стране и за рубежом. Есть надежда, что двигатели 31 института 'Юньлун' будут доступны в ближайшее время. Тогда область аэрокосмических перевозок откроет новые возможности, - сказал Ню Цзюнь Сай.

[свернуть]

[Верный Союзник с Окинавы]

Я как понял, они охлаждают входящий в воздухозаборник газ, чтобы он сжался и это как-то облегчило горение?

[moon]

Существует ли устоявшееся (или хотя бы просто корректное     ) название для проектов двигателей, сочетающих свойства ракетных и воздушно-реактивных, как у Скайлона или МБР Гном? 

Врядли. Могу Вам до кучи предложить "Магнетронный воздушный двигатель:
Магнетронный реактивный двигатель

[telekast]

Я как понял, они охлаждают входящий в воздухозаборник газ, чтобы он сжался и это как-то облегчило горение?

Охлаждают воздух на входе для увеличения плотности заряда, кол-ва воздуха. Как в интеркуллере на автомобиле. Плюс, чем вышел разница температур на входе и выходе, тем выше термический КПД двигателя.

ЗЫ А название для для двигателей работающих ив воздухе и в космосе попадалось - "комбинированные". Даже в специализированной литературе встречалось. Вроде в паре рефератов кандидатских и докторских по перспективным ВРД.

[Leonar]

Я как понял, они охлаждают входящий в воздухозаборник газ, чтобы он сжался и это как-то облегчило горение?

Нет. (горению наоборот чем выше температура, тем лучше) 
Скорее в жидком состоянии сепарировать кислород от нафиг не нужного азота - легче. 
В скайлоне еще и для того, чтоб запастись окислителем( набить баки окислителя) кислородом апосля того, когда кислорода в среде станет совсем маловато...

[AlexNB]

Я как понял, они охлаждают входящий в воздухозаборник газ, чтобы он сжался и это как-то облегчило горение?

Охлаждают воздух на входе для увеличения плотности заряда, кол-ва воздуха. Как в интеркуллере на автомобиле. Плюс, чем вышел разница температур на входе и выходе, тем выше термический КПД двигателя.

ЗЫ А название для для двигателей работающих ив воздухе и в космосе попадалось - "комбинированные". Даже в специализированной литературе встречалось. Вроде в паре рефератов кандидатских и докторских по перспективным ВРД.

Как бы да, но проблема только в том, что это двигатели, якобы, для космических систем. А для них хладоресурса, больше чем дает горючее, взять не от куда. Вот и получается, что, например, для водорода на стехиометрии температура охлажденного воздуха Tх~0.7Тн. В тексте радовались, что охладили аж до 150К, значит температура воздуха на входе уже была не выше 230К или система с большим избытком горючего. В общем это или откровенный распил или отработка криогенных турбогенераторов, но ни как не ВРД. Там технология охлаждения другая должна быть, точнее там 2 возможных варианта, но ни как не этот.

По названию - кроме комбинированных, если комбинация известна, возможно комбинированное название: ракетно-прямоточный, ракетно-турбинный (это менее популярное)...

[AlexNB]

Я как понял, они охлаждают входящий в воздухозаборник газ, чтобы он сжался и это как-то облегчило горение?

Нет. (горению наоборот чем выше температура, тем лучше)
Скорее в жидком состоянии сепарировать кислород от нафиг не нужного азота - легче.
В скайлоне еще и для того, чтоб запастись окислителем( набить баки окислителя) кислородом апосля того, когда кислорода в среде станет совсем маловато...

Это напрашивается, но не думаю, что так. Там пишут о микроканальных теплообменниках, а они на воздухе работать не будут. А с учетом упоминания гелиевых компрессоров итд, то все таки криогенные турбогенераторы.