Электрореактивный двигатель: Ученые создали рабочий электрический реактивный двигатель

Содержание

Реактивный двигатель PBS TJ150 — PBS

Турбореактивный двигатель PBS TJ150 разработан для беспилотных летательных аппаратов.

Компактное исполнение

Отличное соотношение веса и тяги, низкий расход топлива в данной весовой категории

Встроенный стартер-генератор позволяет провести надежный запуск, питание сети самолета и охлаждение двигателя после останова

Различные модификации в зависимости от требований заказчика (подвеска двигателя, длина сопла на выходе, возможность посадки на воду)

Заполните форму для просмотра 3D визуализации

Имя и фамилия:

Деловая электронная почта:

3D-визуализация

PBS.TopImage.Btn.Scroll

Турбореактивный двигатель PBS TJ150 разработан для использования в беспилотных летательных аппаратах, ракетах, легких спортивных самолетах и мотопланерах. Его преимущества заключаются в компактном исполнении, малом весе при тяге до 1500 Н и низком расходе топлива в данной мощностной категории. Мощность генератора тока составляет 600 Вт.

Один из вариантов двигателя PBS TJ100 позволяет посадку на воду. Двигатель PBS TJ150 — это одновальный двигатель, состоящий из радиального компрессора, радиального и осевого диффузора, кольцевой камеры сгорания, осевой турбины и жесткого реактивного сопла.

См. Брошюру «Турбинные двигатели» здесь.

Технические параметры	SI блока	имперский блок
Макс. тяга	1 500 N	337 Ibf
Вес	18,9 kg	41,67 lb
Внешний диаметр	272 mm	10. 71 in
Длина	518 mm	20.39 in

Почему сотрудничать с нами?

Сертифицированный производитель

Качество изделий гарантировано множеством сертификатов, кроме прочего — сертификатами POA и DOA, выдаваемыми Европейским агентством авиационной безопасности EASA.

Разработки проведены с учетом опыта, полученного на основании более чем 800

Двигатель TJ150 по своей конструкции исходит из технического устройства двигателя TJ100, который на протяжении длительного времени демонстрирует высокую степень надежности и, в глобальном масштабе, относится к числу лидеров в данной категории мощности.

Сервисное обслуживание, запчасти и капитальный ремонт

авиационной техники

Для всех пользователей нашей продукции авиационной техники на протяжении всего срока эксплуатации мы предоставляем сервисное обслуживание самого высокого качества.

На протяжении длительного времени мы работаем над продлением срока службы наших продуктов, например, путем внедрения новых технологий при производстве наиболее экспонируемых деталей. Наше авиационное оборудование на базе турбин регулярно получает очень хорошие рекомендации.

Более подробная информация

Новый электрический реактивный двигатель действительно работает в атмосфере

В прошлом году группа исследователей из Китая представила новую конструкцию плазменного реактивного двигателя. Хотя сама по себе технология не является новой, эта новая конструкция может предоставить возможность использовать эти двигатели не только в космосе, но и в атмосфере.

Хотя выходная тяга все еще довольно мала по сравнению с обычными атмосферными двигателями, после масштабирования этот новый тип двигателя может оказаться революционным для аэрокосмической промышленности.

Но прежде чем мы рассмотрим эту новую конструкцию, давайте разберемся, как работают плазменные реактивные двигатели.

Что такое плазменный силовой двигатель?

Плазменные двигатели обычно рассматриваются как потенциальная форма движения космических кораблей . Такие двигатели отличаются от двигателей с ионным двигателем, которые генерируют тягу, отбирая ионный ток из своего источника плазмы. Затем эти ионы ускоряются до высоких скоростей с помощью решеток или анодов.

Плазменные двигатели обычно не требуют высоковольтных решеток или анодов / катодов для ускорения заряженных частиц в источнике плазмы, но используют токи и потенциалы, которые генерируются внутри в виде сильноточной электрической дуги между двумя электродами, для ускорения. Это имеет тенденцию приводить к более низкой скорости выхлопа, поскольку для ускорения используется ограниченное напряжение.

Пример работающего плазменного движителя. Источник: МФТИ / Flickr

Тем не менее, с минимальным трением воздуха в космосе или его отсутствием, тяга этих двигателей не должна быть такой высокой. Если постоянное ускорение может наростать месяцами или годами за один раз, можно в конечном итоге достичь очень высокой скорости.

Такие двигатели имеют различные преимущества перед другими видами электрических двигателей. Например, отсутствие высоковольтных сеток анодов снижает риск ионной эрозии сетки.

Еще одно преимущество состоит в том, что выхлоп плазмы называется «квазинейтральным». Это означает, что положительные ионы и электроны существуют в равных количествах, а это означает, что простая ионно-электронная рекомбинация в выхлопе может использоваться для тушения выхлопного шлейфа , устраняя необходимость в электронной пушке.

Типичные примеры этих двигателей имеют тенденцию генерировать исходную плазму с использованием различных методов, включая радиочастотную или микроволновую энергию с использованием внешней антенны. Из-за особенностей конструкции этих двигателей в них может использоваться ряд ракетных топлив, включая аргон или двуокись углерода .

Как и следовало ожидать, у этой технологии есть и некоторые недостатки. Главный из них — высокий спрос на энергию, необходимую для их работы .

Например, двигателю VX-200 с регулируемым удельным импульсом магнитоплазменной ракеты ( VASIMR) требуется электрическая мощность 200 кВт для создания тяги в 5 Н или 40 кВт / Н. Теоретически такая потребность в энергии может быть удовлетворена с помощью реакторов деления на космических кораблях, но добавленный вес может оказаться недопустимым для запуска корабля.

Еще одна проблема — плазменная эрозия. Во время работы плазма может термически разрушать стенки полости двигателя малой тяги и опорной конструкции, что в конечном итоге может привести к отказу системы.

На сегодняшний день такие двигатели действительно полезны только тогда, когда космический корабль находится в космосе. Это связано с относительно низкой тягой, которая не позволяет реально использовать их для вывода корабля на орбиту. В среднем эти ракеты обеспечивают тягу около 4,45 Н.

Источник: Натанаэль Койн / Flickr

Большинство космических агентств разработали плазменные двигательные установки в той или иной форме, включая, помимо прочего, Европейское космическое агентство, Иранское космическое агентство и, конечно же, НАСА.

Были разработаны различные примеры из реальной жизни, которые использовались в некоторых космических полетах. Например, в 2011 году НАСА в партнерстве с Busek запустило первый двигатель на эффекте Холла на борту спутника Tacsat-2. Они также используются на космическом зонде NASA Dawn .

Другой пример — вышеупомянутая магнитоплазменная ракета с переменным удельным импульсом, которую в настоящее время разрабатывает компания Ad Astra Rocket .

VASIMR работает с использованием источника электроэнергии , чтобы ионизировать с пропеллент в плазме. Электрические поля нагревают и ускоряют плазму, в то время как магнитные поля направляют плазму в нужном направлении, когда она выбрасывается из двигателя, создавая тягу для космического корабля. Теоретически двигатель VASIMR мощностью 200 мегаватт может сократить время путешествия от Земли до Юпитера или Сатурна с шести лет до четырнадцати месяцев, а от Земли до Марса — с 6 месяцев до 39 дней.

Что такого особенного в этом новом китайском плазменном двигателе?

В прошлом году группа китайских инженеров представила рабочий прототип микроволнового двигателя. По словам исследователей, двигатель должен работать в атмосфере Земли с такой же эффективностью и тягой, что и обычные реактивные двигатели.

Плазменные двигатели, обычно использующие благородный газ, например ксенон, не могут применяться в атмосфере Земли, поскольку генерируемые ионы имеют тенденцию терять силу тяги из-за трения с воздухом. Еще одна усугубляющая проблема состоит в том, что существующие образцы создают довольно низкую тягу, которая хороша в космосе, но была бы ничтожно мала на Земле.

Новая конструкция, созданная исследователями из Института технических наук Уханьского университета, использует воздух и электричество вместо таких газов, как ксенон. Испытания показали, что двигатель способен создавать впечатляющую тягу, которая однажды может найти применение в современных самолетах.

Этот новый плазменный двигатель работает немного аналогично двигателю внутреннего сгорания, в котором плазма генерируется из исходного газа, который затем, в свою очередь, быстро нагревается и расширяется для создания тяги. В новом двигателе ионизированный воздух используется для создания низкотемпературной плазмы, которая затем подается в трубу с помощью воздушного компрессора. Когда воздух движется вверх по трубке, он подвергается бомбардировке микроволнами, которые сильно встряхивают ионы, заставляя их сталкиваться с другими неионизированными атомами.

Художественный портрет многомегаваттного космического корабля ВАСИМР. Источник: Ad Astra Rocket Company / Wikimedia Commons

Этот процесс резко увеличил температуру и давление плазмы, тем самым создавая значительную тягу дальше вниз по трубе.

Удивительное достижение частично достигается за счет использования плоского волновода (прямоугольной металлической трубки), через который фокусируются микроволны. Микроволны, генерируемые специально разработанным магнетроном мощностью 1 кВт, 2,45 ГГц, направляются вниз по направляющей, которая сужается до половины своего первоначального размера по мере приближения к плазме, а затем снова расширяется. Этот процесс увеличивает напряженность электрического поля и оказывает на плазму как можно больше тепла и давления.

Кварцевая трубка также помещается в отверстие в волноводе в самом узком месте. Воздух проходит через эту трубку, затем проходит через небольшой участок волновода и выходит из другого конца кварцевой трубки.

Когда воздух входит в трубку, он проходит над электродами, которые подвергаются воздействию очень сильного поля. Эта обработка удаляет электроны с некоторых атомов воздуха / газа (в основном азота и кислорода), что создает низкотемпературную плазму низкого давления. Давление воздуха от нагнетателя устройства на входе в трубку затем продвигает плазму вверх по трубке, пока она не попадет в волновод.

Как только плазма попадает в волновод, заряженные частицы начинают колебаться в микроволновом поле, вызывая быстрый нагрев. При этом смесь атомов, ионов и электронов часто сталкивается друг с другом, передавая энергию от ионов и электронов к нейтральным атомам, быстро нагревая плазму.

В результате, как утверждают исследователи, плазма быстро нагревается до более чем 1000 ° C. Истощенная горячая плазма создает пламя, подобное факелу, когда горячий газ выходит из волновода, создавая таким образом тягу.

Насколько мощный новый плазменный двигатель?

Исследователи заметили, что если поток воздуха в компрессоре точно настроен, струя пламени, образующаяся в трубке, удлиняется в ответ на увеличение мощности микроволн. Основываясь на этом наблюдении, исследователи попытались определить количество создаваемой тяги.

Хотя на первый взгляд это звучит относительно просто, в этом есть одна серьезная загвоздка. Плазменная струя под углом в тысячу градусов, создаваемая двигателем, разрушила бы обычный барометр.

Чтобы преодолеть это, команда решила немного нестандартно мыслить. Они изобрели способ уравновесить полый стальной шар на вершине трубы. Этот шар был заполнен стальными шариками меньшего размера, чтобы изменять его вес по мере необходимости. При определенном весе тяга будет такой, что она будет противодействовать гравитационным силам, действующим на шар вниз на выпускном конце трубы, позволяя поднять его на определенную высоту над трубкой.

Схема недавно разработанного плазменного реактивного двигателя. Источник: Дэн Йе и др. 2 020.

Используя это измеренное расстояние и вычитая тягу, добавленную компрессором, команда смогла косвенно получить оценку тяги плазменной струи.

Используя этот инновационный, хотя и нетрадиционный метод, команда смогла протестировать устройство в диапазоне уровней мощности и скорости воздушного потока. Как оказалось, им удалось найти линейную зависимость между движущей силой и мощностью микроволн и воздушным потоком.

Более того, технология тоже оказалась довольно эффективной и способной выдавать движущую силу при потребляемой электрической мощности 400 Вт и 1,45 кубических метров воздуха в час, что составляет 11 Н), что представляет собой преобразование мощности в тягу со скоростью 28 Н / кВт.

Предполагая линейную зависимость между мощностью СВЧ (и потоком воздуха) и выходной мощностью, должно быть возможно использовать батарею Tesla Model S, способную выдавать 310 кВт и превратить это примерно в 8,5 кН движущей силы тяги.

Двигаясь вперед, команда уже ищет способы использовать более сложный и надежный метод для проверки выходной тяги технологии. Они также ищут способы дальнейшего усовершенствования и повышения эффективности двигателя.

При этом все, безусловно, идут в ногу с этой инновационной концепцией плазменного двигателя. Но если бы все было так просто. Конечно, есть несколько серьезных возражений против такого нововведения.

Какой бы захватывающей ни была эта технология, она, вероятно, не сможет найти много покупателей на перспективном рынке eVTOL. Несмотря на то, что технология тише, чем опоры канальных вентиляторов, выхлоп в тысячу градусов может вызвать серьезные проблемы. Другая проблема заключается в том, что, как указывает Ars Technica , «потоки воздуха примерно в 15 000 раз меньше, чем у полноразмерного двигателя. Тяга также должна увеличиваться примерно на четыре порядка.

Некоторые эксперты, просматривающие данные, также указали на странные упущения в имеющихся в настоящее время данных. По какой-то причине (и не приведенной) точки данных не показывают наивысшие уровни мощности микроволн при самых высоких скоростях полета прототипа.

Хотя этот вопрос просто связан с тем, что установка не тестировалась на таких уровнях, это также может указывать на наличие серьезных проблем с двигателем на этих уровнях мощности.

Изображение, показывающее линейную зависимость между шлейфом тяги в кварцевой трубке и потребляемой мощностью. Источник: Дэн Йе и др. 2 020.

Еще одна проблема будущего такого двигателя — его источник питания. Факт остается фактом: авиационное топливо является очень энергоемким источником топлива. Особенно это касается аккумуляторов (на самом деле где-то в 43 раза больше).

Сравните 28 Н / кВт новых двигателей с двигателями коммерческого Airbus A320, которые вместе развивают около 220 000 Н тяги. Это означает, что для нового двигателя для реактивного самолета сопоставимых размеров потребуется более 7 800 киловатт мощности — примерно столько же, сколько производится 570 единицами Tesla Powerwall 2.

При этом это очень интересная технологическая инновация. Если этот новый плазменный двигатель малой тяги действительно окажется настоящим жизнеспособным и будет масштабируемым, не говоря уже об эффективности, это может означать нечто вроде квантового скачка в авиационных силовых установках, работающих на неископаемом топливе.

Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК

Source:
interesting engineering

Теги: eVTOLИонный двигательИсточники энергииТранспорт

Электрические реактивные двигатели могут обеспечить углеродно-нейтральные воздушные путешествия

Будучи все еще прототипом, двигатель однажды может помочь смягчить темпы изменения климата.

Реактивный двигатель 3DPhilippe Put/Flickr

Мы много говорим об электромобилях, и очевидно, что инженеры работают над альтернативами ископаемому топливу для наших наземных путешествий. Но как быть с самолетами? В 2019 году самолеты израсходовали 18,27 миллиарда галлонов топлива. Это далеко не углеродно-нейтральный.

Вскоре, однако, мы могли меньше чувствовать вину за то, что летаем. Группа исследователей создала прототип реактивного двигателя, способного двигаться вперед, используя только электричество. Их исследование было опубликовано в AIP Advances в мае 2020 года.

Электрические реактивные двигатели

Устройство, созданное исследователями из Института технологических наук Уханьского университета в Китае, сжимает воздух и ионизирует его с помощью микроволн. Затем это генерирует плазму, которая толкает двигатель вперед.

Главным толчком для создания двигателя нового типа стал климатический кризис. «Мотивация нашей работы заключается в том, чтобы помочь решить проблемы глобального потепления из-за того, что люди используют двигатели внутреннего сгорания на ископаемом топливе для питания машин, таких как автомобили и самолеты», — пояснил Джау Танг, ведущий исследователь исследования и профессор Уханьского университета. . «С нашей конструкцией нет необходимости в ископаемом топливе, и, следовательно, нет выбросов углерода, вызывающих парниковый эффект и глобальное потепление».

Схематическая диаграмма прототипа микроволнового воздушно-плазменного двигателя, Источник: Джау Тан и Цзюнь Ли/Институт технологических наук Уханьского университета

Сильный соперник кварцевый куб диаметром 24 миллиметра, в котором воздух под высоким давлением превращается в струю плазмы благодаря прохождению через микроволновую ионизационную камеру. Чтобы сохранить масштаб, это соответствует тяговому давлению, сравнимому с реактивным двигателем коммерческого самолета.

Самый популярный

Тан сказал: «Наши результаты показали, что такой реактивный двигатель на основе микроволновой воздушной плазмы может быть потенциально жизнеспособной альтернативой обычному реактивному двигателю, работающему на ископаемом топливе».

Жизненно важно, чтобы мы начали вносить изменения в то, как мы относимся к нашей планете. Количество CO2 в атмосфере достигло рекордного уровня в 2020 году, достигнув 417 частей на миллион в мае. Воздушные перевозки являются частью проблемы, которая приводит к изменению климата, поэтому этот тип двигателя может помочь замедлить это изменение в ближайшие годы.

For You

Электрическая силовая установка самолета и принципы ее работы

Существует несколько способов привести самолет в движение.

Несмотря на то, что большинство авиационных двигателей сегодня работают на ископаемом топливе, таком как Jet A, Jet B, Avgas или дизельное топливо, многие читатели могут быть шокированы (каламбур), узнав, что электрические технологии изменят наши представления о двигателях самолетов — и лучше раньше, чем позже.

Фактически, в настоящее время во всем мире разрабатывается около 215 типов самолетов с электрическим приводом, и отраслевые наблюдатели говорят, что электрические самолеты станут обычным явлением до конца следующего десятилетия.

Беспилотные авиационные системы (БАС), платформы городской воздушной мобильности (UAM), другие небольшие пассажирские и грузовые самолеты и, в конечном итоге, более крупные коммерческие пассажирские самолеты — все это хорошие кандидаты на электрические и гибридно-электрические силовые установки. Но независимо от того, какую форму примут эти новые самолеты, они будут эффективнее, тише, безопаснее и намного экологичнее, чем самолеты, использующие только традиционные двигатели внутреннего сгорания.

В Honeywell мы применяем свой уникальный опыт, накопленный в портфолио двигателей и энергосистем, и работаем с DENSO, мировым лидером в производстве электродвигателей и контроллеров для автомобильной промышленности, чтобы трансформировать авиационные силовые установки в том виде, в каком мы их знаем. Вместе мы стремимся предоставлять инновационные и интегрированные решения текущим (модернизированным) и будущим (чистым листам) клиентам в быстрорастущем секторе электрических самолетов.

Логический путь к электрическим двигателям

Две ключевые технологии будущего полета имеют долгую историю. Электродвигатели были изобретены в 1830-х годах, а автомобили с батарейным питанием — в 1890-х годах. Их потомки сегодня встречаются в различных отраслях промышленности, в том числе в современных самолетах, которые уже полагаются на электричество для питания авионики, электродистанционных систем, исполнительных и других систем и выполняют задачи, которые когда-то выполнялись механическим оборудованием.

Бортовая электроэнергия вырабатывается главными двигателями и сверхэффективными вспомогательными силовыми установками, которые компания Honeywell изобрела более 50 лет назад. Все это готовит почву для электрических двигателей, которые являются следующим шагом в эволюции к электрическим самолетам.

Когда мы говорим об электрических силовых установках, мы имеем в виду ряд архитектур силовых установок, разработанных для удовлетворения потребностей конкретных самолетов, которые используют электрические двигатели для обеспечения тяги. Не существует «универсального» или «наилучшего» решения без понимания ключевых требований заказчика и профиля миссии самолета.

Компания Honeywell изучила несколько различных архитектур силовых установок — от устаревших двигателей большинства современных самолетов до полностью электрических аккумуляторных решений. В этом континууме существуют различные гибридные архитектуры, в том числе турбоэлектрические, частично турбоэлектрические, последовательно-гибридные, параллельные гибридные и последовательно-параллельные гибридные. Все они по-разному используют электродвигатели как часть общей силовой установки.

Каждая архитектура имеет свои сильные стороны и характеристики, поэтому Honeywell также разработала сложный программный инструмент, который может анализировать компромиссы между весом, дальностью полета, высотой над уровнем моря, скоростью и различным химическим составом аккумуляторов, чтобы помочь производителям самолетов выбрать оптимальное решение, отвечающее их конкретным требованиям.

Как работает электрическая силовая установка

В отличие от силовых установок, построенных исключительно на двигателе внутреннего сгорания, в полностью электрических и гибридно-электрических архитектурах используется электродвигатель. Двигатель может быть единственным источником тяги или его можно использовать в сочетании с обычным двигателем, либо обеспечивая дополнительный источник тяги, либо даже повышая мощность двигательной установки на ключевых этапах полета.

В дополнение к двигателю полностью интегрированная электрическая силовая установка включает в себя другие важные компоненты, такие как аппаратное и программное обеспечение контроллера двигателя, редукторы и системы охлаждения. Эта интегрированная система известна как электрическая силовая установка (EPU), и Honeywell и DENSO разрабатывают современные решения для удовлетворения сегодняшних и будущих потребностей.

По мере развития аккумуляторных технологий гибридно-электрическим самолетам потребуются как батареи, так и другие источники энергии, такие как сверхэффективные генераторы или топливные элементы, для питания самолета, перезарядки батарей и повышения безопасности, эффективности и дальности полета самолета.

Производство и преобразование электроэнергии являются основными преимуществами Honeywell, и за последние годы наши инновационные инженерные группы добились огромных успехов в области генераторов. Например, мы разрабатываем турбогенератор мощностью один мегаватт, который может работать на биотопливе, чтобы еще больше сократить выбросы углерода. Кроме того, недавнее приобретение компанией Honeywell компании Ballard Unmanned Systems ставит нас прямо в центр другого важного средства обеспечения энергией: водородных топливных элементов, которые уже используются для выработки электроэнергии для небольших платформ БПЛА класса I и класса II.

Что стоит за партнерством Honeywell и DENSO?

Электрические силовые установки быстро созреют, чтобы удовлетворить потребности развивающегося сегмента беспилотных летательных аппаратов/беспилотных летательных аппаратов, которые навсегда изменят способ передвижения по городу, перевозки грузов в отдаленные места и выполнения многих важных задач, выполняемых сегодня с помощью самолетов, вертолетов и наземных транспортных средств.

Posted inДвигатель