Алюміній і вода новий тип ракетного палива
08.10.09, Чт, 8:38, Мск
Дослідницька група університету Пердью (Purdue University) під керівництвом професора Стівена Сана (Steven Son) розробила новий тип двокомпонентного сумішевого ракетного палива, що одержав назву ALICE.
Абревіатура розшифровується як "алюміній і лід".
У новому сумішевих паливі пальним є нанопорошок алюмінію розміром близько 80 нм в поперечнику. Вода є окислювачем.
У процесі горіння води і льоду утворюються в основному водень і оксид алюмінію.
Зберігання палива у вигляді льоду дозволяє забезпечити стабільність у часі, а також безпеку і нетоксичність нового виду палива.
Випадкова ініціація горіння практично виключається - щоб ALICE почала горіти, необхідно використовувати невеликий стандартний твердопаливний двигун, який ініціює реакцію горіння.
Енергетичні характеристики палива ALICE можуть бути істотно поліпшені, і за цим показником "крижане" паливо може перевершити використовувані зараз види ракетного палива.
Можливості експериментального палива вже продемонстровані на практиці - воно дозволило ракеті довжиною близько трьох метрів досягти висоти близько півкілометра.
Новим видом палива зацікавилися і NASA, і ВПС США.
Більш детальна інформація про нове відкриття буде представлена на порталі Дослідження та розробки - RD.CNews.
Почалася розробка ракетного палива консистенції мармеладу
Новини науки і техніки
Великий колектив дослідників почав роботу над створенням гелеобразного ракетного палива. У розробці беруть участь інженери і фахівці харчової промисловості, повідомляється в прес-релізі Університету Пурдью (Purdue University).
Університет Індіана-Пердью, Індіанаполіс (IUPUI) - один з найбільших вузів США, в якому навчається понад 29000 студентів з 49 штатів і 122 країн світу.
В сучасних ракетах в основному використовується рідке або тверде паливо. При використанні рідкого палива існує небезпека протікання, а тверде не дозволяє гнучко варіювати параметри горіння. Вчені вважають, що гелевидний паливо, що поєднує характеристики твердого і рідкого, допоможе подолати ці труднощі.
Передбачається, що паливо буде розпорошуватися в камеру згоряння. Потужність двигуна регулюватиметься зміною розміру і кількості крапель. Однак властивості гелів вивчені значно гірше, ніж властивості рідин і твердих тіл. Так як в харчовій промисловості гелевидні речовини використовуються відносно часто, розробники нового палива вирішили скористатися досвідом колег. В ході дослідження буде створена комп'ютерна модель, що показує, як будуть утворюватися і вести себе в двигуні краплі різного розміру.
Проект фінансується дослідним відділом американської армії. На п'ятирічну розробку палива відомство виділило 6,4 мільйона доларів. (Lenta.ru)
Ракетне паливо. З алюмінію і льоду.
Новини науки і техніки
Після кожного запуску ракети-носія або балістичного снаряда в атмосфері Землі залишається токсичний інверсійний слід, який повільно осідає на поверхню, несучи в собі небезпечні речовини і важкі метали. Тому космічні агентства світу шукають нові, екологічно чисті види палива. Днями в США була запущена балістична ракета, що приводиться в рух сумішшю з порошкового алюмінію і льоду.
Розробки екологічно безпечного палива почалися ще в 60-х роках XX століття, проте довгий час залишалися виключно "паперовими" проектами.
Ракетні суміші з нафтопродуктів відрізнялися більшою ефективністю і підйомною силою, тому в альтернативах просто не існувало потреби.
Так тривало до тих пір, поки питання екологічності не торкнулася і аерокосмічної галузі. Спочатку на біопаливо почали переводити літаки, в тому числі і міжконтинентальні лайнери, а тепер черга дійшла і до ракетної техніки.
Що відбувся днями запуск першої балістичної ракети на безпечному паливі став знаменною віхою спільного проекту NASA і ВВС США. Для підйому триметрової ракети на висоту 450 метрів була використана суміш порошкового алюмінію і крижаної крихти, що отримала назву ALICE.
Нове паливо здатне замінити всі існуючі в даний час рідкі та тверді енергетичні ресурси, що створюють ракетну тягу. Крім того, склад його настільки простий, що виробництво ALICE можна налагодити не тільки в будь-якій точці земної кулі, а й на поверхні, наприклад, Місяця.
Незважаючи на те, що для повномасштабного використання екологічного палива ще потрібно докласти чимало зусиль, вдосконалюючи формулу, вже зараз ALICE може бути використано для виведення супутників на нижні орбіти Землі.
Паливо робиться з простої суспензії крупинок алюмінію в дистильованої воді. Отримана маса за 24 години до старту охолоджується до температури -30 градусів Цельсія. В результаті ALICE перетворюється в аморфне з'єднання середньої густини, схоже за консистенцією на зубну пасту. У такому вигляді паливо заправляють в баки запускається ракети.
ALICE - лише один з багатьох проектів NASA зі створення екологічно чистого та дешевого палива. У минулому році на базі ВПС США в Техасі було проведено успішне випробування надзвукового літака, заправленого незвичайним пальним - сумішшю синтетичного і природного газу в пропорції 50/50.
Крім того, американське космічне агентство не залишає надії залучити до своїх проектів талановитих самородків. NASA організувало особливий вид змагань - Green Flight Challenge - для повітроплавальних пристроїв і ракет на "зеленому" паливі.
Згідно з регламентом змагання, учасники повинні продемонструвати здатність їх розробки подолати по повітрю 200 миль з середньою швидкістю 100 миль на годину. При цьому витрата палива не повинен перевищувати один галон на 200 миль (приблизно один літр на 85 кілометрів). Переможець отримає приз у розмірі 1,5 мільйона доларів і можливість продовжити роботу під патронажем NASA.
Немає кращого палива, ніж. алюміній!
У цій історії майже детективне початок. Новомосковсктель вільний вірити їй чи ні, проте все, що тут розказано, чистісінька правда.
В кінці 60-х років я познайомився з людиною, який представився Івановим. Йому було років за вісімдесят. Невисокий на зріст, одягнений скромно, але акуратно. За зовнішнім виглядом - типовий український інтелігент дореволюційної закваски. Трохи розповів про себе. За першою освітою інженер-шляховик на Транссибірській магістралі. Потім закінчив Училище живопису, скульптури та архітектури в Москві. Словом, різнобічна. Не дивно, що в 20-і роки він захопився модним тоді Зореплавання. На цьому терені Іванов познайомився з роботами Ф. А. Цандер. Тоді це був молодий відомий інженер, згодом став класиком космонавтики. А зацікавила нашого героя ідея Цандера спалювати в двигунах ракет метали.
Навіщо в далеке космічне плавання брати з собою величезні запаси палива? Можна ж спалювати в топках ракет стали непотрібними стабілізатори та інші деталі. Багато метали справді, як, наприклад, алюміній, горять сліпуче яскравим полум'ям з дуже високою температурою, виділяючи при цьому багато тепла. Але продукти їх згоряння - тверді оксиди. Тому самі по собі при спалюванні в ракетних двигунах вони тягу дати не можуть. Однак справа зміниться, якщо додати в "топку" якесь газоподібна речовина. Нагрівшись і розширивши, воно створить дуже сильну тягу. Теоретично такий процес міг би збільшити корисне навантаження ракети в 2 - 3 рази.
Правда, подавати метал в камеру ракетного двигуна навіть для сучасної техніки занадто складно. Цю трудність передбачав і сам Цандер. Відклавши рішення задачі на майбутнє, він зайнявся іншими справами. А Іванов, захопившись ідеєю, став шукати їй застосування в інших, більш підходящих областях. І знайшов - це були підводні кораблі.
Чудо тридцятих років - підводний крейсер "Сюркуф".
Згадаймо: підводні човни класичного типу для ходу на поверхні використовують дизель, а під водою рухаються на електромоторах за рахунок енергії, запасеної в акумуляторах. Ще в 30-і роки підводний крейсер міг на дизелі пройти 10 - 15 тисяч кілометрів, але під водою на акумуляторах (при одноразовій зарядці) лише 500 км з черепашачою швидкістю 10 км / ч.
Не дивно, що винахідники в ті роки посилено працювали над створенням більш потужного джерела енергії для підводного ходу. Розробки по створенню легких акумуляторів зайшли в глухий кут. Тим часом всім доступний розрахунок вказував чудову перспективу зовсім в іншому напрямку.
Зовні все виглядає досить просто. Створимо на борту човна запас окислювача (рідкий кисень або перекис водню). Ось і стане можливим спалювання палива під водою. Якщо маса палива разом з окислювачем навіть буде дорівнює вазі звичайних акумуляторних батарей, то дальність підводного ходу може зрости до 6000 км і більше!
Але виявилося, що можливість спалювання палива під водою - це ще півсправи. Головне - викинути за борт продукти згоряння. У звичайного вуглеводневого палива це, грубо кажучи, суміш вуглекислого газу і водяної пари. Вона займає великий обсяг. Для того щоб виштовхнути її, потрібно затратити роботу, подолати тиск води. А з ростом глибини вона швидко збільшується. Уже в п'ятдесяти метрах під поверхнею дизель глухне, вимушений всю свою потужність витрачати на виштовхування вихлопних газів. Мало того, продукти згоряння утворюють на поверхні пінний слід, що видає місцезнаходження підводного човна.
Над вирішенням усіх цих проблем працювали багато уми. Але першими практичні результати отримали німці.
На малюнку 1, перемальовані з журналу 1936 року, схема німецького підводного човна на водневому паливі. Суть ідеї проста. У дизелі спалюється суміш водню і кисню, в результаті замість вихлопних газів утворюється водяна пара. Після охолодження і конденсації він перетворюється в воду, яка займає незначний обсяг. Нічого не варто її виштовхнути за борт на будь-якій глибині.
Мал. 1. Необхідний для підводного ходу запас енергії можна забезпечити за рахунок розкладання води на водень і кисень. 1 - балон з воднем; 2 - електролізер; 3 - дизель; 4 - генератор постійного струму; 5 - кисневий балон.
А що, якщо залишити? Водень і кисень на цьому човні виходили за рахунок електролізу води. Ці гази зберігалися на борту човна в балонах під великим тиском. Однак щільність водню дуже мала, тому для нього потрібні дуже великі і масивні балони. В результаті дальність підводного ходу зростала не так вже значно, а клопоту зі зберіганням газу, який просочується через найменшу щілину і навіть крізь суцільну стінку, було дуже багато. Система не прижилася.
Мал. 2. Підводний човен з двигуном Вальтера: 1 - бак з гасом; 2 - бак з концентрованою перекисом водню; 3 - каталітичний реактор для отримання кисню в поєднанні з камерою згоряння; 4 - парогазова турбіна; 5 - редуктор.
Двигун Вальтера надзвичайно компактний і легкий. Він застосовувався на ракетах, літаках і торпеди. Підводні човни, оснащені їм, розвивали - під водою! - до 100 км / ч. Однак використовувати його можна було лише на коротких дистанціях, наприклад, для атаки. Човен видавав залишається на поверхні яскравий пінний слід.
А тепер повернемося до технічної ідеї Іванова, яка була висловлена ним ще в довоєнні роки.
Почнемо з того, що він запропонував оснастити підводний човен єдиною паросилова установкою. На перископну глибині, коли можна забирати повітря через трубу-шнорхель, вона працює на звичайному мазуті, а під водою. на алюмінії.
Дивний вигляд палива, чи не так? Але ж при його згорянні утворюється твердий оксид, який за обсягом займає менше місця, ніж саме паливо. Це означає, викидати за борт нічого не потрібно. Немає і сліду. З запасом рідкого кисню на борту такий човен може мати дальність підводного ходу не менше десяти тисяч кілометрів.
На малюнку 3 схема підводного енергетичної установки Іванова. Можливо, декого вона здивує, здасться занадто складною. Пояснюємо, винахідник вирішував не тільки завдання отримання енергії. Він ще подбав і про те, щоб робота установки відбувалася безшумно. Гребний вал обертає безпосередньо з'єднана з ним тихохідна парова машина. Такий двигун для гвинта - те, що треба, великі швидкості йому не потрібні. Якби ми захотіли застосувати для цієї мети турбіну, то швидкість її обертання довелося б зменшувати за допомогою шестерень. Іванов це немов передбачав: шестерні парових турбін наших перших атомних підводних човнів шуміли безбожно!
Мал. 3. Силова установка підводного корабля Іванова: 1 - бак з рідким киснем; 2 - паливо - котушка з алюмінієвим дротом; 3 - пальник для спалювання алюмінію в кисні; 4 - парогенератор; 5 - електропароперегреватель; 6 - парова машина; 7 - парова турбіна; 8 - електрогенератор; 9 - пароконденсатор.
Однак парова машина має низький ККД. І це врахував винахідник, півжиття провозити з паровозами. Низький ККД в даному випадку означає одне - залишає машину пар ще має велику працездатність. Тому Іванов направив його відразу після виходу з машини на турбіну, яка обертає вал електрогенератора. Тут-то можна допустити дуже великі швидкості обертання. За рахунок чого він стане легким і компактним. Отримана ж електроенергія частково йде на потреби корабля, а основна її частина на підігрівання пара. В результаті загальний ККД системи піднімається до рівня хороших паротурбінних установок.
Цікаво вирішена проблема і парового котла. Паливом для нього служить алюмінієвий дріт, змотують з котушки. Вона надходить в спеціальний пальник, де спочатку розплавляється, а потім розбризкується струменем інертного газу. У такому стані вона зустрічається зі струменем кисню, згораючи сліпуче яскравим полум'ям. Найсильніший потік теплового випромінювання нагріває особливим чином зачернені труби, в яких кипить вода.
У передвоєнні роки зайнятися підводними алюміноходамі, ймовірно, просто не встигли. Після війни позначилося захоплення будівництвом атомних підводних човнів, та й вік винахідника не викликав ентузіазму у посадових осіб. Після 1967 роки я Іванова вже не зустрічав. Короткий вік людський. Але жива Україна. Їй ще доведеться відтворювати свій підводний флот. Хто знає, можливо, алюміноходи безвісного винахідника займуть в ньому гідне місце.