Наука и техника: китайский плазменный реактивный двигатель

[капитан Спрингфилд]

Многие фантасты в своих произведениях упоминают плазменные двигатели. Их принцип действия различен, где-то используется сжигание топлива для образования плазмы, где-то создание плазмы из воздуха.

Китайские инженеры собрали демонстрационный образец плазменного воздушно-реактивного двигателя для атмосферных полетов. В нем воздух раскаляется при помощи микроволн и выбрасывается, создавая тягу. Такая схема обладает высокой тягой на квадратный метр по сравнению с другими плазменными воздушно-реактивными двигателями, что делает ее предпочтительной для электросамолетов. Статья опубликована в журнале AIP Advances.

Реактивный двигатель использует закон сохранения импульса: выбрасывает массу назад, отчего сам ускоряется вперед. Традиционный воздушно-реактивный двигатель сжигает топливо в кислороде воздуха под большим давлением. В ходе сгорания топливо-воздушная смесь приобретает температуру больше тысячи градусов, отчего в ней растет давление, которое выталкивает продукты сгорания из двигателя.

Для реактивного двигателя электросамолета необходимо придумать другую схему, поскольку в нем не используется горючее топливо, и один из вариантов — плазменный двигатель, где рабочее тело ускоряется не в результате сгорания, а из-за давления плазмы, получаемой при помощи электричества. Несколькими годами ранее в Германии уже создавали атмосферный плазменный двигатель. В нем воздух ионизируется электрическим разрядом в сотни вольт, после чего в состоянии плазмы выбрасывается из него электромагнитным полем. Такая конструкция дает маленькую удельную тягу на площадь сечения, то есть при большой тяге двигатель будет неприемлемо громоздким.

Группа китайских инженеров под руководством Даня Е (Dan Ye) из Уханьского университета предложила нагревать воздух микроволнами. Они собрали следующую конструкцию. В кварцевую трубку компрессор нагнетает воздух. К ней подсоединен волновод, на другом конце которого располагается магнетрон, испускающий радиоволны частотой 2,24 гигагерц. В трубке микроволны нагревают воздух, он превращается в плазму с высоким давлением, после чего она выбрасывается и создает тягу. Поскольку в процессе выделяется много паразитного тепла, вся установка в сборе охлаждается водяным контуром.
(добавлю - отведенное тепло можно использовать для совершения дополнительной работы или выработки энергии).


Тяга, длина плазменного факела и его температура прямо пропорциональны потребляемой электрической мощности. При мощности в один киловатт тяга была равна 28 ньютонов.

Учитывая диаметр трубки, это дает удельную тягу 24 килоньютонов на квадратный метр сечения двигателя. Это сопоставимо с керосиновыми, например современный двигатель Pratt & Whitney F100 имеет диаметр 88 сантиметров и тягу 64 килоньютона, что равно примерно 23 килоньютонам на метр. Тягу и эффективность нового двигателя можно в дальнейшем улучшить за счет увеличения температуры выходящей плазмы, но для этого необходимо использовать термостойкие материалы.

(с)Материал взят с nplus1.ru

@темы: аэронавтика, новости науки, с3,14зжено, будущее сегодня

Comments

[Александрийская Рулетка]

Все супер. А куда девать батарейки после отработки? Той же проблемой задались люди, когда встал вопрос перехода на электромобили. И оказалось, что загрязнение окружающей среды от выбросов на помойку этих батарей в несколько раз больше, чем от выбросов выхлопных газов. Смог и микрочастицы грязи здесь заменяются тяжелыми металлами из мощных аккумуляторов, для переработки которых еще не построено ни одного завода в мире. Как тут не вспомнить Грету Тумберг, которая гоняется за нефтяными танкерами на резиновых лодках - ездить на нефти, чтобы преследовать нефть и забрасывать их горючим из нефти.

[капитан Спрингфилд]

Есть весьма перспективные наработки графеновых батарей, которые относительно безвредны для окружающей среды. Вообще, аккумуляторы нужно перерабатывать правильно, даже свинцовые. А для того их не надо выбрасывать на помойку, а создать нормально функционирующую систему сбора отработанных устройств. У нас пока с этим проблемы.
Водородные ячейки, фторид-ионные батареи, натрий-ионные, неупорядоченный магний-хром, тот же графен - это позволит не быть Гретами. Литий и кадмий - это и правда выстрел себе в голову капсулой с ядом. Здесь я с тобой согласен.

[Александрийская Рулетка]

Насколько я помню, в электромобилях литиоионные батареи. Но я могу ошибаться. Проблема не в отсутствии мощностей, а в том, что эти батареи слишком громоздкие для переработки на имеющихся мощностях и заводах. В любом случае, пока что себистоимость предложеннных тобой движков далеко за пределами окупаемости производства. Дороговато выходит графен и прочие материалы пихать. И не ясно, как устанавливать заправки и подзарядки в других аэропортах, кроме Уханя.

[капитан Спрингфилд]

Александрийская Рулетка, твоя правда, то, что я перечислил - это только разработки. Да, ты права, в электротранспорте используют литий-ионные батареи, точнее, их сборки. Сами по себе блоки громоздкие, но состоят внутри из отдельных цилиндрических аккумуляторов модели 850, соединенных между собой. Переработка сложна, не спорю.
А эти двигатели - ну, перспективно по тяге, может, и сделают что-то. Посмотрим)