Решил поставить себе завихритель воздуха на инжектор для экономии топлива и проконсультировался у знакомого механика

• 1 Знакомого такой тюнинг не удивил
• 2 Что нужно делать?
• 3 Как это должно работать

Недавно я загорелся идее поставить себе завихритель воздуха для экономии топлива. По отзывам в интернете такой способ является одним из самых простых. Однако правда ли он такой эффективный, как говорят?

Тут мнения разделились. Одни водители считают, что результат после модернизации есть, другим это кажется бессмысленным или даже вредным. Именно поэтому я решил проконсультироваться с одним знакомым, который хорошо разбирается в машинах.

Самодельный завихритель из консервной банки

Знакомого такой тюнинг не удивил

Дело в том, что завихритель он впервые увидел несколько лет назад. Тогда к нему заехал на сервис автомобиль с уже установленной конструкцией. После этого приятель решил тщательнее разобраться в этом вопросе, чтобы понять, нужна ли вообще такая доработка. Оказывается, многие люди ставят ее себе и объясняют эффективность простым физическим явлением.

Наверное, у многих в школе был опыт, когда учитель пытается вылить воду из бутылки, просто перевернув ее горлышком вниз. Но все идет намного быстрее, если вращательными движениями создать в жидкости воронку. То же самое происходит и с воздухом, который проходит через завихритель.

Что нужно делать?

Что касается простоты модернизации, то тут все и правда не сложно. Конечно, изделие можно приобрести в магазине. Благо, сейчас найти его не проблема. Однако не трудно будет изготовить его самостоятельно. Для этого всего лишь потребуется консервная банка того же диаметра, что и воздушный канал.

Готовый завихритель обычно устанавливается после дроссельной заслонки. Поклонники такого метода уверяют, что в результате происходит увеличение скорости подачи воздуха. За счет этого у двигателя увеличивается мощность, в результате чего происходит небольшая экономия топлива.,

Завихрители из магазина

Как это должно работать

Некоторые люди заявляют, что никакого особенного эффекта от установки данного девайса нет. Дело в том, что топливо с воздухом в основном перемешивается уже внутри двигателя. Выходит, неважно, какая скорость потока снаружи мотора. Она все равно не даст никакого результата до определенного момента.

Хотя есть некоторые автолюбители, которые уверяют, что расход бензина уменьшается даже на холостом ходу при установке завихрителя. Хотя экономия небольшая (по их словам, она составляет не более 100 мл/час), тем не менее, она есть.

Такое действительно возможно. Связано это с тем, что канал подачи воздуха сужается и в результате объем его подачи уменьшается. В результате происходит изменение количества подаваемого топлива. Оно уменьшается для того, чтобы концентрация топливно-воздушной смеси оставалась без изменения.

Такая экономия имеет и обратную сторону. Динамика работы двигателя будет ухудшаться. На высоких оборотах все может привести к обеднению смеси. А это оказывает крайне негативное влияние на мотор.

Таким образом, я понял, что установка завихрителя является не слишком хорошим решением. Если и получится что-то сэкономить, то ущерб двигателю будет более значительный.

Есть, что добавить? Пишите в комментариях, возможно это очень поможет читателям в будущем. Так же подписывайтесь на наш канал в ДЗЕНЕ.

Поделиться с друзьями:

Заявка на патент США для топливной форсунки с низким содержанием NOx и улучшенной стабилизацией пламени. Заявка на патент (заявка № 20060029895, выданная 9 февраля 2006 г.) 551 143 , поданной 8 марта 2004 г., раскрытие которой включено в настоящий документ посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к топливным форсункам для использования в печи. В частности, настоящее изобретение относится к топливной форсунке и печи, в которой угольная пыль или другое твердое топливо перемещается с газом-носителем и эффективно сжигается в камере сгорания печи, так что образование оксидов азота (NO _x ) и другие нежелательные побочные продукты, связанные с несгоревшим топливом, уменьшаются.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Пылеугольные горелки с низким NO _x состоят из топливной форсунки и регуляторов подачи вторичного воздуха, которые имеют два или более каналов, через которые проходит вторичный воздух. Угольная пыль переносится одним или несколькими газами, обычно воздухом, и проходит через топливную форсунку в топку. Газ-носитель считается первичным воздухом. Однако первичный воздух, несущий уголь, обычно составляет не более 25% всего воздуха для горения, необходимого для горения. Остальной воздух для горения поступает в топку через регистры вторичного воздуха. Во многих дополнительных случаях часть вторичного воздуха направляется в отдельные порты ступени, такие как порты подачи воздуха для сжигания топлива, чтобы сделать сжигание угля более эффективным.

Угольные горелки, особенно пылеугольные горелки с низким NO _x , должны обеспечивать сильное устойчивое пламя, хорошо укореняющееся в горловине горелок. Среди конструктивных проблем, типичных для этих типов горелок, — сохранение высокой надежности их топливной форсунки при создании распределения пылеугольного топлива и несущего (первичного) воздуха, сводящего к минимуму образование NO _x , и создание схемы аэродинамической стабилизации ближней зоны. вторичного воздуха для горения, поступающего в горелку вокруг топливной форсунки.

Во многих старых конструкциях используются стабилизаторы пламени, крыльчатки или сборные отверстия в потоке угля, чтобы попытаться создать оптимальное соотношение топлива и воздуха, подаваемого в горелку. Однако эти устройства подвержены быстрому износу деталей, возможному перегреву и закоксовыванию (нежелательному отложению) угля на деталях и, как следствие, сокращению срока службы. Кроме того, по мере износа деталей их геометрия изменяется, что приводит к ухудшению процесса сгорания.

Типично низкий NO _x вторичный воздух поступает в горелку через два или более концентрических прохода, создавая эффект «ступенчатого распределения воздуха». Как правило, эти конструкции включают внутреннюю и внешнюю зоны вторичного воздуха с регулируемыми вихревыми генераторами в каждой зоне. Следовательно, балансировка и оптимизация воздуха между внутренней и внешней зонами независимо от завихрения недостижима. Эти конструкции не имеют независимых средств оптимизации расхода и завихрения во внутренней и внешней зонах вторичного воздуха.

Low NO Конструкции горелок _x разделяют функции впрыска топлива и управления потоком вторичного воздуха на практически независимые функции, но объединяют два узла в одну горелку. Топливная форсунка от одного типа горелки, как правило, не может быть перенесена в сборку регистра из другой системы проектирования горелок.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение решает проблемы, связанные с известными конструкциями горелок с низким выходом NO _x , путем создания топливной форсунки с непрерывным каналом, через который проходят пылевидное топливо и его газ-носитель. Внешние стабилизаторы пламени предназначены для обеспечения превосходной стабильности пламени внутри горелки. На топливной форсунке также расположены неподвижный лопастной завихритель и воздушная заслонка для дополнительного регулирования пламени, возникающего при сгорании пылевидного топлива. Настоящая топливная форсунка решает рассмотренные выше проблемы эксплуатации и надежности. Кроме того, такая топливная форсунка может использоваться практически с любой конфигурацией горелок: с круглыми горелками, а также с вертикально расположенными линейными горелками, типичными для «углового» или «тангенциального» сжигания.

Используемый здесь термин «топливная форсунка» предназначен для обозначения устройств, используемых для транспортировки пылевидного топлива и газа-носителя для сжигания в соответствующей печи. Следует понимать, что термин «пылевидное топливо» предназначен для охвата различных типов топлива, таких как пылевидный уголь и т.п. Хотя термин «угольная пыль» используется для удобства описания предпочтительного варианта осуществления, он также предназначен для охвата различных типов пылевидного топлива, отличных от угля. Кроме того, термин «газ-носитель» охватывает газы, отличные от тех, которые присутствуют в воздухе. Однако, поскольку воздух используется для транспортировки пылевидного угля в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, здесь часто будет использоваться термин «первичный воздух», который охватывает различные типы газов-носителей, отличных от воздуха.

Конструкция топливной форсунки по настоящему изобретению была разработана для повышения производительности и надежности горелок с низким уровнем выбросов NO _x . Таким образом, конструктивные особенности настоящего изобретения применимы к различным типам систем горелок с низким уровнем выбросов NO _×.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения топливная форсунка предназначена для использования в печи. Топливная форсунка содержит внутренний цилиндр, имеющий впускной и выпускной концы, и проход, проходящий между впускным и выпускным концами, через который может протекать поток топлива, включающий газ-носитель и частицы топлива. Внутренний ствол предпочтительно не имеет препятствий между входным и выходным концами, так что газ-носитель и частицы топлива могут беспрепятственно поступать в соответствующую печь. Топливная форсунка предпочтительно содержит внешний цилиндр, окружающий по меньшей мере часть внутреннего цилиндра, и внешний канал между ними, через который может проходить вторичный воздух. Множество стабилизирующих лопастей предпочтительно расположены во внешнем проходе рядом с выходным концом внутреннего цилиндра. Вторичный воздух, проходящий через внешний канал, воздействует на лопатки стабилизатора и помогает поддерживать горение топливных потоков вблизи выходного конца внутреннего ствола. Множество осевых лопастей также предпочтительно расположены внутри внешнего прохода между внутренним и внешним цилиндрами. Каждая из осевых лопаток расположена между соответствующей парой стабилизирующих лопаток и работает совместно со стабилизирующими лопатками для создания требуемого потока вторичного воздуха по отношению к потоку топлива, вытекающему из выпускного конца. Завихритель с фиксированными лопастями также предпочтительно расположен во внешнем проходе между внутренним и внешним цилиндрами. Завихритель с неподвижными лопастями включает в себя конструкцию, достаточную для воздействия на вторичный воздух и создания его вращательного потока вокруг стабилизатора и осевых лопастей.

В другом предпочтительном варианте осуществления воздушная заслонка может быть расположена внутри формы внешнего прохода между внутренним и внешним цилиндрами. Воздушная заслонка может быть сконструирована и расположена так, чтобы регулировать количество вторичного воздуха, проходящего через неподвижный лопастной завихритель.

Стабилизатор и осевые лопасти могут быть прикреплены к внутреннему корпусу, а завихритель неподвижных лопастей может быть прикреплен к внешнему корпусу. Однако конкретное расположение этих элементов является необязательным и представляет собой один из предпочтительных вариантов осуществления.

Воздушная заслонка может состоять из перфорированной пластины и подвижной в осевом направлении втулки, что позволяет избирательно регулировать количество воздуха, проходящего через завихритель с неподвижной лопастью.

В другом предпочтительном варианте осуществления предусмотрена система печей. Топка может содержать корпус, зону сгорания, расположенную внутри корпуса, и одну или несколько топливных форсунок, имеющих характеристики, описанные выше.

Low NO Конструкции горелок _x разделяют функции впрыска топлива и управления потоком вторичного воздуха на практически независимые функции, но объединяют два узла в одну горелку. Топливная форсунка системы горелки одного типа, как правило, не может быть интегрирована в узел регистра системы горелки другой конструкции.

Настоящее изобретение представляет собой автономную топливную форсунку, которая включает в себя собственные встроенные средства управления и устройства стабилизации воздушного потока. Следовательно, настоящая топливная форсунка может быть вставлена ​​в различные типы приводных узлов. Настоящая топливная форсунка обеспечивает улучшенную стабильность пламени, более низкий выход NOx и лучший контроль монооксида углерода и несгоревшего углерода.

Соответственно, целью настоящего изобретения является создание усовершенствованной топливной форсунки и, необязательно, всей топки, которая обеспечивает низкий уровень NO 9Выход 0013 x . Еще одной задачей является создание топливной форсунки и, необязательно, системы топки с улучшенной стабилизацией пламени. Эти и другие цели и преимущества настоящего изобретения станут более понятными, если их рассмотреть вместе с прилагаемыми чертежами и подробным описанием предпочтительных вариантов осуществления, которые следуют ниже.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

РИС. 1 представляет собой схематический комбинированный поперечный разрез и вид спереди выпускной части предпочтительного варианта осуществления топливной форсунки по настоящему изобретению.

РИС. 2 представляет собой перспективный вид в разрезе предпочтительного варианта осуществления топливной форсунки по настоящему изобретению.

РИС. 3 представляет собой схематический вид в разрезе другого варианта осуществления топливной форсунки в соответствии с настоящим изобретением, показанный в установленном положении по отношению к топке.

РИС. 4 представляет собой схематический вид в разрезе другого предпочтительного варианта осуществления топливной форсунки по настоящему изобретению, показанный в установленном положении по отношению к печи.

РИС. 5 представляет собой вид спереди, иллюстрирующий группу горелок с угловым пламенем, показывающую множество топливных форсунок в соответствии с настоящим изобретением.

РИС. 6 представляет собой вид спереди в перспективе части варианта осуществления топливной форсунки согласно настоящему изобретению.

РИС. 7 представляет собой вид спереди в перспективе варианта осуществления топливной форсунки, показанной на фиг. 6 в другом собранном положении внутри печи.

РИС. 8 представляет собой схематический комбинированный вид в поперечном сечении и спереди множества топливных форсунок в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, включенных в решетку топки с угловым пламенем.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1-8 чертежей топливная форсунка 10 настоящего изобретения показана в различных вариантах осуществления и видах. В некоторых видах, таких как фиг. 1 и 2 топливная форсунка 10 показана изолированной. В других видах, таких как фиг. 5, 6, 7 и 8 топливная форсунка 10 показана встроенной в топку.

Предпочтительный вариант топливной форсунки 10 настоящего изобретения проиллюстрировано на ФИГ. 1 и 2. Он включает удлиненный внутренний цилиндр 12 , имеющий впускной конец 16 и выпускной конец 14 . Сегментированная конструкция сопла расположена на выпускном конце, где ряд областей 18 вогнутой или эллиптической формы служат для создания множества концентрированных потоков угля, выходящих из сопла на выходном конце 14 .

РИС. 2 показано, что топливная форсунка 10 включает внешний корпус 20 , который окружает внутренний корпус 12 по окружности по меньшей мере на его части. Стабилизирующие лопатки 22 , осевые лопатки 24 и неподвижная лопатка-завихритель 26 расположены в проходе между внутренней бочкой 12 и внешней бочкой 20 . Структура и работа этих компонентов описаны ниже.

Воздушная заслонка 28 также расположена в проходе между внутренним стволом 12 и внешний корпус 20 . Узел воздушной заслонки включает перфорированную пластину 30 и подвижную в осевом направлении втулку 32 . Рычаг управления 34 соединен с подвижной втулкой, что позволяет оператору регулировать ее в осевом направлении так, чтобы желаемое количество вторичного воздуха могло поступать в неподвижный лопастной завихритель 26 и вокруг него.

Как также показано на ФИГ. 2, 3 и 4 соединительный фланец 36 расположен на входном конце 16 топливной форсунки 10 . Соединительный фланец 36 может использоваться для соединения топливной форсунки 10 с коленом или другим трубопроводом для подачи газа-носителя и пылевидных частиц топлива во внутренний ствол 12 .

РИС. 5, 7 и 8 иллюстрируют топливную форсунку 10 (или несколько топливных форсунок 10 ) как часть общего узла 38 печи. При расположении внутри такой топки топливная форсунка 10 может включать пластину 40 для блокировки воздуха (как показано на фиг. 6 и 7) для обеспечения оптимальной работы.

Low NO _x Форсунка стабилизации пламени 15 является важным элементом для достижения превосходной стабильности пламени и минимального выхода NOx. ИНЖИР. 1 показана сегментная угольная форсунка открытой конструкции без препятствий для сбора угля. Падение давления низкое, и в угольном тракте нет компонентов, подверженных износу, накоплению угля или закоксовыванию. Превосходная стабильность пламени достигается за счет внешних стабилизаторов пламени, окружающих каждый сегмент.

Стабилизатор и осевые лопасти 22 и 24 действуют совместно для создания сложного потока вторичного воздуха из внутренней зоны над и вокруг топливных струй, выходящих из форсунки 15 . В результате создается начальная зона стабилизации вблизи форсунки 15 .

РИС. 2 показан полный узел топливной форсунки 10 с расположением стабилизаторов пламени, включая комбинацию изогнутых по окружности лопаток стабилизатора 22 и осевые лопасти 24 ), неподвижный лопастной завихритель 26 и воздушная заслонка 28 . Функции этих устройств описаны ниже.

Стабилизаторы пламени функционируют, как описано ранее в патенте США No. № 5762007, раскрытие которого включено сюда в качестве ссылки. В общем, фиг. 1-8 показаны криволинейные стабилизирующие лопатки 22 и продольные осевые лопатки 24 , которые расположены внутри наружного прохода (между внутренним и внешним стволами 9).0003 12 и 20 , рядом с выпускным концом 14 внутреннего цилиндра 12 . Как ясно показано на фиг. 1 и 2, между соседними изогнутыми стабилизирующими лопатками , 22, может сохраняться зазор для прохождения вторичного воздуха. Комбинация изогнутых стабилизирующих лопаток 22 и осевых лопаток 24 действует как стабилизаторы пламени, которые помогают гарантировать, что пламя, образующееся при сгорании топливных потоков, выходящих из сопла 15 «хорошо укоренился» рядом с выпускным концом топливной форсунки 10 . Таким образом, максимальная стабильность пламени и нежелательные побочные продукты, такие как NO _x и CO, сведены к минимуму. Вторичный воздух, протекающий между внутренней и внешней бочками 12 и 20 , воздействует на изогнутые стабилизирующие лопатки 22 и направляется осевыми лопатками 24 . Это создает вихревые потоки, которые сводят к минимуму взаимодействие с первичным потоком пылевидного угля, но при этом способствуют усилению результирующего пламени.

Завихритель неподвижной лопасти 26 крепится к внешнему цилиндру 20 топливной форсунки 10 . Положение завихрителя 26 постоянное и никаких регулировок не требуется. Он обеспечивает вращение воздуха, проходящего через стабилизаторы пламени 22 , и усиливает их влияние на сдерживание корня пламени, образованного углем, выходящим из сопла 15 .

Клапан управления подачей воздуха 28 включает перфорированную пластину 30 , окруженный подвижной в осевом направлении втулкой 32 . Заслонка предназначена для регулирования количества воздуха, проходящего через неподвижный лопастной завихритель 26 и через стабилизаторы пламени 22 , окружающие сопло 15 . Подвижная в осевом направлении втулка 32 соединена с рычагом управления 34 , который позволяет регулировать количество воздушного потока и позволяет оптимизировать положение пламени и внутреннюю стехиометрию в области, близкой к горелке топки 9.0003 38 .

Топливная форсунка в сборе 10 с собственными регуляторами расхода воздуха представляет собой независимый узел, который больше не требуется устанавливать как неотъемлемую часть одной конкретной геометрической формы горелки. Таким образом, его можно использовать в сочетании с относительно простым узлом с одним регистром, который в сочетании с раскрытым в настоящее время узлом топливной форсунки завершает двухступенчатую аэродинамику вторичного воздуха, типичную для горелок с низким NO _x .

Неподвижный лопастной завихритель 26 прикреплен к внешнему цилиндру 20 топливной форсунки 10 . Положение завихрителя фиксировано и никаких регулировок не требуется.

РИС. 3 иллюстрирует вариант осуществления двойного регистра, в котором используется главный регистр с радиальным валом в печной системе. В этом узле с топливной форсункой 9 совмещен единый регистр, включающий лопатки с радиальным валом для управления закруткой вторичного воздуха во внешней зоне и втулочный демпфер для регулирования общего количества вторичного воздуха, поступающего в горелку.0003 10 и его регуляторы подачи вторичного воздуха, образующие полноценную горелку NO _x низкого давления.

РИС. 4 показан другой вариант осуществления, в котором настоящая топливная форсунка 10 с улучшенной стабилизацией пламени интегрирована в узел регистра, в котором используется главный регистр с осевым валом. Топливная форсунка с улучшенной стабилизацией пламени 10 вставляется в соответствующий узел главного регистра с минимальными изменениями. Благодаря согласованным аэродинамическим условиям в ближней зоне, обеспечиваемым конструкциями, раскрытыми в данном документе, рабочие характеристики каждой из этих конфигураций горелок по существу одинаковы, даже несмотря на то, что общая геометрия различна.

Альтернативный тип системы сжигания показан на РИС. 5 — угловая горелочная система. В этой системе горелки состоят из вертикального ряда чередующихся сопел подачи вторичного воздуха, обычно квадратной или прямоугольной формы, и топливных форсунок 10 . В обычной компоновке топливные форсунки также имеют квадратную или прямоугольную форму. Однако существующая топливная форсунка с улучшенной стабилизацией пламени 10 может быть установлена ​​вместо стандартной конструкции для обеспечения такой же надежности и условий горения, которые являются результатом использования этой технологии в круглых горелках.

В угловом расположении делитель потока вторичного воздуха встроен вокруг существующей топливной форсунки с улучшенной стабилизацией пламени 10 для направления вторичного воздуха через встроенный неподвижный завихритель 26 фургона. К делителю потока крепится воздухоблокирующая пластина для предотвращения обхода вторичного воздуха снаружи делителя потока и, тем самым, непрохождения через неподвижный лопастной завихритель 26 , который находится внутри делителя потока и между ним и угольным соплом 15 .

РИС. 8 показана полная группа угловых горелок с настоящими узлами топливной форсунки 10 с улучшенной стабилизацией пламени, которые показаны как единое целое с группой.

Настоящая топливная форсунка с улучшенной стабилизацией пламени 10 представляет собой узел топливной форсунки, который может быть встроен в самые разные типы пылеугольных горелок, сохраняя при этом условия для оптимальной аэродинамики и расхода топлива, чтобы гарантировать минимальный NO _x поколения без ущерба для характеристик сгорания.

Следует понимать, что различные модификации конфигурации и размера данной топливной форсунки 10 и связанной с ней топочной системы могут быть внесены в предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения, не выходя за рамки его объема, определенного в формуле изобретения. ниже.

Может ли эта самодельная ракетная программа отправить астронавта в космос?

Копенгаген Добровольцы Suborbitals строят пилотируемую ракету по ночам и в выходные дни. В команду входят [слева направо] Мадс Стенфатт, Мартин Хедегаард Петерсен, Йорген Скайт, Карстен Олсен и Анна Олсен.

Это было одно из самых красивых зрелищ, которые я когда-либо видел: наша самодельная ракета спускалась с неба, замедляемая бело-оранжевым парашютом, над которым я работал много ночей за обеденным столом. Ракета Nexø II высотой 6,7 метра была оснащена двухкомпонентным двигателем, разработанным и сконструированным командой Copenhagen Suborbitals. Двигатель смешивал этанол и жидкий кислород вместе, чтобы создать тягу в 5 килоньютонов, и ракета взлетела на высоту 6500 метров. Что еще более важно, он вернулся целым и невредимым.

Эта успешная миссия в августе 2018 года стала огромным шагом на пути к нашей цели — отправить астронавта-любителя на край космоса на борту одной из наших самодельных ракет. Сейчас мы строим
Ракета Spica для выполнения этой миссии, и мы надеемся запустить пилотируемую ракету примерно через 10 лет.

Copenhagen Suborbitals — единственная в мире программа пилотируемых космических полетов, финансируемая на сумму почти 100 000 долларов США в год сотнями
щедрые доноры по всему миру. Наш проект укомплектован разношерстной командой волонтеров, у которых самая разнообразная повседневная работа. У нас много инженеров, а также таких людей, как я, менеджер по ценообразованию, увлекающийся прыжками с парашютом. Я также один из трех кандидатов на должность космонавта.

Мы живем в новую эру космических полетов: национальные космические агентства больше не единственная игра в городе, и космос становится все более доступным. Ракеты, построенные коммерческими игроками, такими как
Blue Origin теперь выводит на орбиту частных лиц. Тем не менее, Blue Origin, SpaceX и Virgin Galactic поддерживаются миллиардерами с огромными ресурсами, и все они выразили намерение продавать рейсы на сумму от сотен тысяч до миллионов долларов. У Copenhagen Suborbitals совсем другое видение. Мы считаем, что космический полет должен быть доступен каждому, кто готов потратить время и силы.

Копенгаген Suborbitals была основана в 2008 году инженером-самоучкой и космическим архитектором, ранее работавшим в НАСА. С самого начала миссия была ясной: пилотируемый космический полет. Оба основателя покинули организацию в 2014 году, но к тому моменту у проекта было около 50 волонтеров и большой импульс.

Группа взяла за основу принцип, согласно которому все проблемы, связанные с созданием дешевого космического корабля с экипажем, — это все инженерные проблемы, которые могут быть решены по одной прилежной командой умных и преданных своему делу людей. Когда меня спрашивают, зачем мы это делаем, я иногда отвечаю: «Потому что можем».

Карстен Олсен

Добровольцы используют баллон с аргоном [слева], чтобы заполнить трубу, внутри которой сплавлены элементы двигателя. Команда недавно изготовила топливный бак для ракеты Spica [справа] в своей мастерской.

Наша цель — достичь линии Кармана, которая определяет границу между земной атмосферой и космическим пространством на высоте 100 километров над уровнем моря. Космонавт, достигший этой высоты, после выключения двигателей несколько минут побудет в тишине и невесомости и насладится захватывающим видом. Но это будет нелегкая поездка. Во время спуска капсула будет испытывать внешние температуры 400 °C и г — сила 3,5 так как он несется по воздуху со скоростью до 3500 километров в час.

Я присоединился к группе в 2011 году, после того как организация уже переехала из мастерской внутри выведенного из эксплуатации парома в ангар недалеко от набережной Копенгагена. Ранее в том же году я наблюдал за первым запуском Copenhagen Suborbital, в ходе которого ракета HEAT-1X стартовала с мобильной стартовой платформы в Балтийском море, но, к сожалению, потерпела крушение в океане, когда большая часть ее парашютов не раскрылась. Я привнес в организацию некоторые базовые знания о спортивных парашютах, полученные за годы прыжков с парашютом, которые, как я надеялся, помогут мне приобрести полезные навыки.

Следующая веха команды наступила в 2013 году, когда мы успешно запустили ракету Sapphire, нашу первую ракету с системами наведения и навигации. Его навигационный компьютер использовал 3-осевой акселерометр и 3-осевой гироскоп для отслеживания своего местоположения, а его система управления тягой удерживала ракету на правильной траектории, перемещая четыре медных реактивных лопасти с сервоприводом, которые были вставлены в выхлопную трубу. сборка.

Мы считаем, что космический полет должен быть доступен каждому, кто готов потратить время и силы.

Ракеты HEAT-1X и Sapphire заправлялись смесью твердого полиуретана и жидкого кислорода. Мы стремились разработать двухкомпонентный ракетный двигатель, в котором жидкий этанол смешивается с жидким кислородом, потому что такие жидкостные двигатели одновременно эффективны и мощны. Ракета HEAT-2X, запуск которой запланирован на конец 2014 года, должна была продемонстрировать эту технологию. К сожалению, его двигатель загорелся буквально во время статических испытаний за несколько недель до запланированного запуска. Этот тест должен был быть контролируемым 90-секундный прожиг; вместо этого из-за ошибки сварки большая часть этанола попала в камеру сгорания всего за несколько секунд, что привело к сильному пожару. Я стоял в нескольких сотнях метров и даже с такого расстояния чувствовал жар на лице.

Двигатель ракеты HEAT-2X был выведен из строя, миссия отменена. Хотя это было большим разочарованием, мы извлекли несколько ценных уроков. До этого мы основывали свои проекты на существующих возможностях — инструментах в нашей мастерской и людях в проекте. Неудача заставила нас сделать шаг назад и подумать, какими новыми технологиями и навыками нам нужно овладеть, чтобы достичь нашей конечной цели. Это переосмысление привело нас к разработке относительно небольших ракет Nexø I и Nexø II, чтобы продемонстрировать ключевые технологии, такие как парашютная система, двухкомпонентный двигатель и узел регулирования давления в баках.

Для запуска Nexø II в августе 2018 года наша стартовая площадка находилась в 30 км к востоку от Борнхольма, самого восточного острова Дании, в той части Балтийского моря, которая использовалась датскими военно-морскими силами для военных учений. Мы покинули гавань Борнхольма в час ночи, чтобы добраться до обозначенного участка океана к 9 часам утра, времени, утвержденному шведской авиадиспетчерской службой. (Пока наши лодки находились в нейтральных водах, Швеция контролировала воздушное пространство над этой частью Балтийского моря.) Многие члены нашего экипажа провели весь предыдущий день, тестируя различные системы ракеты, и перед запуском не спали. работает на кофе.

Когда Nexø II взлетел, аккуратно отделившись от стартовой башни, мы все зааплодировали. Ракета продолжала двигаться по своей траектории, оторвавшись от носового обтекателя, когда достигла апогея в 6500 метров, и все это время отправляла данные телеметрии обратно на наш корабль управления полетами. Когда он начал снижаться, он сначала развернул свой баллют, похожий на воздушный шар парашют, используемый для стабилизации космического корабля на больших высотах, а затем развернул свой основной парашют, который мягко опустил его к океанским волнам.

Карстен Олсен

Эскил Дж. Нильсен-Феррейра

В 2018 году ракета Nexø II успешно стартовала [слева] и благополучно вернулась в Балтийское море [справа].

Запуск на один шаг приблизил нас к освоению логистики запуска и посадки в море. Для этого запуска мы также проверяли нашу способность предсказывать траекторию полета ракеты. Я создал модель, которая оценила приводнение в 4,2 км к востоку от стартовой платформы; он фактически приземлился в 4,0 км к востоку. Эта контролируемая посадка на воду — наша первая посадка с полностью раскрытым парашютом — стала для нас важным подтверждением концепции, поскольку мягкая посадка является абсолютной необходимостью для любой миссии с экипажем.

В апреле этого года команда испытала свои новые топливные форсунки в статическом испытании двигателя. Карстен Олсен

Двигатель Nexø II, который мы назвали BPM5, был одним из немногих компонентов, которые мы не полностью обрабатывали в нашей мастерской; датская компания производила сложнейшие детали двигателя. Но когда эти детали прибыли в нашу мастерскую незадолго до даты запуска, мы поняли, что выхлопное сопло было немного деформированным. У нас не было времени заказать новую деталь, поэтому один из наших добровольцев, Джейкоб Ларсен, использовал кувалду, чтобы придать ей форму. Двигатель выглядел не очень красиво — мы прозвали его Франкен-Двигатель, — но он работал. С момента полета Nexø II мы испытали этот двигатель более 30 раз, иногда выдвигая его за пределы проектных возможностей, но мы еще не убили его.

15-минутный полет астронавта Spica к звездам станет результатом более чем двух десятилетий работы.

Эта миссия также продемонстрировала нашу новую систему динамического регулирования давления (DPR), которая помогла нам контролировать подачу топлива в камеру сгорания. Nexø I использовал более простую систему, называемую продувкой под давлением, в которой топливные баки были на одну треть заполнены сжатым газом для подачи жидкого топлива в камеру. В DPR баки заполнены топливом до отказа и соединены набором регулирующих клапанов с отдельным баком газообразного гелия под высоким давлением. Эта установка позволяет нам регулировать количество газообразного гелия, поступающего в баки для подачи топлива в камеру сгорания, что позволяет нам запрограммировать различное количество тяги в разных точках во время полета ракеты.

Миссия Nexø II в 2018 году доказала, что наш дизайн и технология в корне верны. Пришло время начать работу над человеческим рейтингом
Спика ракета.

Copenhagen Suborbitals надеется отправить астронавта на своей ракете Spica примерно через десять лет. Caspar Stanley

С пилотской капсулой ракета Spica будет иметь высоту 13 метров и полную стартовую массу 4000 кг, из которых 2600 кг будет топливом. Это будет со значительным отрывом самая большая ракета, когда-либо построенная любителями.

Ракета Spica будет использовать двигатель BPM100, который команда в настоящее время производит. Томас Педерсен

Его двигатель мощностью 100 кН
BPM100 использует технологии, которые мы освоили для BPM5, с некоторыми улучшениями. Как и в предыдущей конструкции, в нем используется регенеративное охлаждение, при котором часть топлива проходит по каналам вокруг камеры сгорания для ограничения температуры двигателя. Для подачи топлива в камеру используется комбинация простого метода продувки под давлением на первом этапе полета и системы DPR, которая дает нам более точный контроль над тягой ракеты. Детали двигателя будут изготовлены из нержавеющей стали, и мы надеемся изготовить большую их часть самостоятельно из листового проката. Самая сложная часть, двойная криволинейная «горловина», которая соединяет камеру сгорания с выхлопным соплом, требует машинного оборудования с компьютерным управлением, которого у нас нет. К счастью, у нас есть хорошие контакты в отрасли, которые могут помочь.

Одним из основных изменений стал переход от топливной форсунки Nexø II в виде насадки для душа на коаксиально-вихревую топливную форсунку. Инжектор насадки для душа имел около 200 очень маленьких топливных каналов. Это было сложно изготовить, потому что если что-то пошло не так, когда мы делали один из этих каналов, например, сверло застряло, нам пришлось выбросить все это. В коаксиальном вихревом инжекторе жидкое топливо поступает в камеру в виде двух вращающихся жидких слоев, и когда листы сталкиваются, они распыляются, образуя топливо, которое воспламеняется. В нашем завихрительном инжекторе используется около 150 завихрителей, собранных в одну конструкцию. Эта модульная конструкция должна быть проще в изготовлении и тестировании для обеспечения качества.

Двигатель BPM100 заменит старую топливную форсунку в виде распылителя [справа] на коаксиально-вихревую форсунку [слева], которую будет проще изготовить. Томас Педерсен

В апреле этого года мы провели статические испытания нескольких типов форсунок. Сначала мы провели испытание с хорошо известным инжектором насадки для душа, чтобы установить базовый уровень, а затем испытали латунные вихревые форсунки, изготовленные традиционным машинным фрезерованием, а также стальные вихревые форсунки, изготовленные с помощью 3D-печати. В целом мы были удовлетворены работой обеих вихревых форсунок, и мы все еще анализируем данные, чтобы определить, какая из них работала лучше. Тем не менее, мы видели некоторые
нестабильность сгорания, а именно, некоторые колебания пламени между форсункой и горловиной двигателя, потенциально опасное явление. У нас есть хорошее представление о причине этих колебаний, и мы уверены, что несколько конструктивных изменений могут решить проблему.

Доброволец Джейкоб Ларсен держит латунную топливную форсунку, которая хорошо показала себя при испытании двигателя в 2021 году. Карстен Олсен

Вскоре мы приступим к созданию полномасштабного двигателя BPM100, который в конечном итоге будет включать новую систему наведения для ракеты. У наших предыдущих ракет внутри выхлопных сопел двигателей были металлические лопасти, которые мы двигали, чтобы изменить угол тяги. Но эти лопасти создавали сопротивление в потоке выхлопных газов и снижали эффективную тягу примерно на 10 процентов. Новый дизайн имеет
шарниры, которые поворачивают весь двигатель вперед и назад для управления вектором тяги. В качестве дополнительной поддержки нашей веры в то, что сложные инженерные проблемы могут быть решены умными и преданными своему делу людьми, наша карданная система была разработана и протестирована 21-летним студентом бакалавриата из Нидерландов по имени Джоп Найенхуис, который использовал конструкцию карданного подвеса в своей диссертации. проект (за который получил максимально возможную оценку).

Мы используем те же компьютеры наведения, навигации и управления (GNC), что и в ракетах Nexø. Одна новая проблема — капсула экипажа; как только капсула отделится от ракеты, нам придется контролировать каждую часть по отдельности, чтобы вернуть их обе обратно на Землю в желаемой ориентации. Когда произойдет разделение, компьютеры GNC для двух компонентов должны будут понять, что параметры оптимального полета изменились. Но с точки зрения программного обеспечения это незначительная проблема по сравнению с теми, которые мы уже решили.

Бьянка Диана работает с дроном, который она использует для тестирования новой системы наведения для ракеты Спика. Карстен Олсен

Моя специальность — дизайн парашютов. Я работал над баллютом, который будет раскрываться на высоте 70 км, чтобы замедлить капсулу с экипажем во время ее высокоскоростного начального спуска, и над основными парашютами, которые раскрываются, когда капсула находится на высоте 4 км над океаном. Мы протестировали оба типа, заставив парашютистов выпрыгивать из самолетов с парашютами.
2019испытание баллютом. Пандемия вынудила нас приостановить испытания парашютов, но вскоре мы должны возобновить их.

Для парашюта, который будет раскрываться с ракеты-носителя Spica, команда испытала небольшой прототип ленточного парашюта. Мадс Стенфатт

Мой первый прототип тормозного парашюта, который раскрывается из ракеты-носителя, был основан на конструкции под названием Supersonic X. Это парашют, который выглядит как летающая луковица и очень прост в изготовлении. Тем не менее, я неохотно переключился на ленточные парашюты, которые были более тщательно протестированы в стрессовых ситуациях и оказались более устойчивыми и надежными. Я говорю «неохотно», потому что знал, сколько труда потребуется, чтобы собрать такое устройство. Сначала я сделал парашют диаметром 1,24 метра, у которого было 27 лент, проходящих через 12 панелей, каждая из которых была прикреплена в трех местах. Итак, на этом маленьком прототипе мне пришлось сшить 972 связи. Полномасштабная версия будет иметь 7920 точек подключения. Я пытаюсь непредвзято относиться к этой проблеме, но я также не буду возражать, если дальнейшие испытания покажут, что конструкция Supersonic X достаточна для наших целей.

Мы протестировали две капсулы экипажа в прошлых миссиях: Tycho Brahe в 2011 году и Tycho Deep Space в 2012 году. Капсула экипажа Spica следующего поколения не будет просторной, но достаточно большой, чтобы вместить один космонавт, который останется сидеть в течение 15 минут полета (и в течение двух часов предполетных проверок). Первый космический корабль, который мы строим, представляет собой тяжелую стальную «шаблонную» капсулу, базовый прототип, который мы используем, чтобы получить практичную компоновку и дизайн. Мы также будем использовать эту модель для проверки конструкции люка, общей устойчивости к давлению и вакууму, а также аэродинамики и гидродинамики формы, поскольку мы хотим, чтобы капсула приводнилась в море с минимальным ударом для астронавта внутри. Как только мы будем довольны шаблонным дизайном, мы сделаем облегченную летную версию.

Copenhagen Suborbitals в настоящее время имеет трех кандидатов в космонавты для своего первого полета: Мадс Стенфатт, Анна Олсен и Карстен Олсен (слева направо). Мадс Стенфатт

Три члена команды Copenhagen Suborbitals в настоящее время являются кандидатами на роль астронавтов в нашей первой пилотируемой миссии: я, Карстен Олсен и его дочь Анна Олсен. Мы все понимаем и принимаем риски, связанные с полетом в космос на самодельной ракете. В нашей повседневной работе мы, кандидаты в космонавты, не подвергаемся никакому специальному обращению или обучению. До сих пор наша единственная дополнительная обязанность заключалась в том, чтобы сидеть в кресле капсулы экипажа и проверять ее размеры. Поскольку до нашего первого полета с экипажем еще десять лет, список кандидатов вполне может измениться. Что касается меня, то я считаю, что просто быть частью миссии и помогать строить ракету, которая доставит в космос первого астронавта-любителя, — большая честь. Стану я этим астронавтом или нет, я всегда буду гордиться нашими достижениями.

Астронавт отправится в космос в небольшой капсуле для экипажа на ракете Spica. Астронавт останется сидеть в течение 15-минутного полета (и для двухчасовой летной проверки до этого). Карстен Брандт

Люди могут задаться вопросом, как мы справляемся со скудным бюджетом около 100 000 долларов в год, особенно когда узнают, что половина нашего дохода уходит на оплату аренды нашей мастерской. Мы снижаем затраты, покупая как можно больше стандартных готовых деталей, а когда нам нужны индивидуальные конструкции, нам повезло работать с компаниями, которые предоставляют нам щедрые скидки для поддержки нашего проекта. Мы запускаем из международных вод, поэтому нам не нужно платить за запуск. Когда мы едем в Борнхольм для наших запусков, каждый волонтер оплачивает свою дорогу, и мы остаемся в спортивном клубе недалеко от гавани, спим на ковриках на полу и принимаем душ в раздевалках. Я иногда шучу, что наш бюджет составляет примерно одну десятую того, что НАСА тратит на кофе. Тем не менее, этого вполне может быть достаточно для работы.

Мы планировали впервые запустить Spica летом 2021 года, но наш график был отложен из-за пандемии COVID-19, из-за которой наша мастерская закрылась на много месяцев. Теперь мы надеемся на тестовый запуск летом 2022 года, когда условия на Балтийском море будут относительно спокойными. Для этого предварительного испытания Spica мы заполним топливные баки только частично и будем стремиться отправить ракету на высоту от 30 до 50 км.

Если этот полет пройдет успешно, в следующем испытании Spica будет нести больше топлива и взлетать выше. Если полет 2022 года не удастся, мы выясним, что пошло не так, исправим проблемы и попробуем еще раз. Замечательно думать, что 15-минутная поездка астронавта Spica к звездам станет результатом более чем двух десятилетий работы. Но мы знаем нашу
сторонники ведут обратный отсчет до того исторического дня, когда астронавт-любитель поднимется на борт самодельной ракеты и попрощается с Землей, готовый совершить гигантский прыжок ради самодельной техники.

Эта статья появилась в печатном выпуске за декабрь 2021 года под названием «Первый астронавт, финансируемый за счет краудфандинга».

Парашютист, который шьет

ХЕНРИК ДЖОРДАН

Мадс Стенфатт первым связался с Copenhagen Suborbitals и поделился конструктивной критикой. В 2011 году, просматривая фотографии последнего запуска ракеты самодельными ракетчиками, он заметил камеру, установленную рядом с парашютным аппаратом. Стенфатт отправил электронное письмо с подробным изложением своей озабоченности, а именно тем, что стропы парашюта могут легко запутаться вокруг камеры. «Ответ, который я получил, был по существу: «Если вы можете сделать лучше, присоединяйтесь к нам и сделайте это сами», — вспоминает он. Так он стал волонтером единственной в мире программы пилотируемых космических полетов, финансируемой за счет краудфандинга.

Будучи парашютистом-любителем, Стенфатт знал основы механики упаковки и раскрытия парашюта. Он начал помогать Copenhagen Suborbitals проектировать и упаковывать парашюты, а через несколько лет взял на себя работу по пошиву парашютов. Он никогда раньше не пользовался швейной машинкой, но быстро научился, сидя за обеденным столом по ночам и выходным.

Одним из его любимых проектов был дизайн высотного парашюта для ракеты Nexø II, запущенной в 2018 году. Работая над прототипом и ломая голову над конструкцией воздухозаборников, он очутился на датском швейном сайте в поисках на компоненты бюстгальтера. Он решил использовать косточки от бюстгальтера, чтобы укрепить воздухозаборники и держать их открытыми, что сработало довольно хорошо.