Википедия двигатель внутреннего сгорания – Обсуждение:История создания двигателей внутреннего сгорания — Википедия

Дельтообразный двигатель внутреннего сгорания — Википедия

Дельтообразный двигатель (Napier Deltic) — это британский двигатель со встречным движением поршней, бесклапанный, двухтактный дизельный двигатель, использовавшийся в морском деле и в локомотивах. Разработан и производился компанией Napier & Son.

Цилиндры были разделены на три блока, расположенных в форме треугольника. Блоки формировали стороны с картерами, расположенными в каждой из вершин треугольника.

Термин «дельтообразный» происходит от названия греческой буквы дельта.

История дельтообразного двигателя начинается в 1943 году, когда Британское Адмиралтейство создало комиссию по разработке высокомощного дизельного двигателя малого веса для торпедных катеров.^[1] До этого времени на британском флоте такие катера приводились в движение бензиновыми двигателями. Но топливо для бензиновых двигателей легковоспламеняемо, что делает военные суда более уязвимыми перед вражеским огнём. Это давало преимущество немецким E-boat судам, приводившимся в движение дизельными двигателями.

До сих пор дизельные двигатели имели низкое отношение мощности двигателя к его массе и невысокую скорость. До Второй мировой войны компания Нэптер работала над разработкой авиационного двигателя, известного как Culverin после лицензирования Junkers Jumo 204. Двигатель Culverin был двухтактным двигателем со встречным движением поршней. Вместо цилиндров, имеющих каждый по одному поршню, и закрытых с одной стороны цилиндрической головкой, основанные на Jumo двигатели использовали вытянутые цилиндры, содержащие два поршня, двигавшихся в противоположных направлениях относительно центра. Это отбрасывает необходимость использовать тяжёлые цилиндрические головки, так как противоположный поршень выполняет их роль. Недостатком, вытекающим из такой конструкции, является необходимость разделения коленчатых валов и расположения их с каждой из сторон двигателя. Необходимо также использовать механические передачи, чтобы передать мощность от разделённых коленчатых валов на единый вал. Основное достоинство данной конструкции состоит в том, что она делает двигатель достаточно «плоским», что даёт возможность «утапливать» их в крыльях больших самолётов.

Анимированное изображение дельтообразного двигателя
Замечание: нижние левые впускные и выпускные порты показаны некорректно как перевёрнутые

Адмиралтейству требовались намного более мощные двигатели, и ему было известно о разработках «Юнкерс» по двигателям с несколькими коленчатыми валами треугольной и «бриллиантовой» (diamond-form, ромбической) схем. В Адмиралтействе посчитали целесообразным взять в качестве отправной точки разработки Юнкерса для создания более мощных двигателей. Результатом был треугольник, в котором цилиндры формируют стороны, оканчивающиеся тремя коленчатыми валами — по одному в каждой вершине. Коленчатые валы соединялись с шестернями, вращение которых происходило со сдвигом по фазе на соответствующие углы, и эти шестерни передавали мощность на единый выходной вал. В таком варианте имелось шесть шатунов, приводящих в движение три коленчатых вала. Различные варианты дельтообразных двигателей могут производиться с разным количеством цилиндров, хотя девяти- и восемнадцати-цилиндровые двигатели были наиболее распространены. В 1946 году Адмиралтейство заключило контракт с Английской электрической компанией — материнской компанией Нэйпер, на разработку этого двигателя.

Одно из конструкторских решений в двигателе позволяло сдвинутые по фазе коленчатые валы расположить таким образом, чтобы сначала открывался/закрывался выпускной порт, а потом впускной (с отставанием на 15-20 градусов). Это позволяет осуществлять небольшой наддув. Такие двигатели называют «uniflow» — продувка цилиндра происходит без изменения направления движения газов (в отличие от петлевой продувки), что улучшает удаление продуктов сгорания/коэффициент наполнения цилиндра. Порты располагаются в порядке впуск/выпуск/впуск/выпуск/впуск/выпуск, если обходить треугольник по кругу (впускные и выпускные порты имеют вращательную симметрию).

Более ранние попытки разработки подобных двигателей потерпели неудачу из-за трудностей при попытках расположить поршни в таком положении, которое позволяло бы им двигаться корректно.

Эта проблема была решена Н. Перварденом из Инженерной лаборатории Адмиралтейства. Он предложил задать одному из коленчатых валов направление вращения против часовой стрелки, чтобы обеспечить корректный сдвиг по фазе между валами. Конструкторы фирмы Нэйпер разработали для этой идеи необходимую шестерённую передачу.

Хотя в конструкции двигателя не требовалось наличия тарельчатых клапанов, он имел распределительные валы — по одному отдельному валу на каждую сторону. Они использовались исключительно для привода топливных насосов. Каждый цилиндр имел собственный насос, приводимый в движение своим кулачковым механизмом.

Военно-морской флот[править | править код]

Развитие началось в 1947 году, первый образец дельтообразного двигателя был построен в 1950 году. К январю 1952 года шесть двигателей имелось в распоряжении, что достаточно для полноценной разработки и продолжительных испытаний.

S212, трофейный немецкий E-Boat, приводимый в движение дизельными двигателями Мерседес-Бенц, был выбран для этих испытаний, поскольку их силовая установка была примерно равна по мощности новому 18-цилиндровому дельтообразному двигателю. Два двигателя Мерседес-Бенц были заменены на дельтообразные двигатели. Компактность дельтообразных двигателей можно продемонстрировать наглядно: они были в два раза меньше «родных» двигателей Мерседес-Бенц. Вес дельтообразных двигателей составлял примерно пятую часть от веса других современных двигателей аналогичной мощности.

[1]

После успешных испытаний дельтообразные двигатели стали универсальной силовой установкой для небольших и быстрых военно-морских судов. Военно-морские силы Великобритании впервые использовали их в качестве силовых установок быстроходных патрульных катеров типа Dark.^[2] Впоследствии они устанавливались на многих других типах скоростных катеров и кораблей малого водоизмещения.

Применение в железнодорожном транспорте[править | править код]

Британский локомотив класса 55 Alycidon, приводимый в движение дельтообразным двигателем, находящийся в Национальном железнодорожном музее Великобритании в Йорке

Дельтообразные двигатели использовались в двух типах британских локомотивов: классов 55 и 23, построенных в 1960-х годах.

Надёжность и обслуживание[править | править код]

В то время как дельтообразные двигатели были успешными и очень мощными для своих размеров и веса, они были очень «капризными» устройствами, требующими аккуратного обращения. Их приходилось снимать с транспортных средств и заменять для ремонта, вместо того, чтобы обслуживать их на месте. Дельтообразные двигатели легко изымались после поломки, и обычно отправлялись производителю для ремонта, хотя после того как исходные контракты истекли, Британские военно-морские силы и «Британские железные дороги» основали собственные мастерские для ремонта и обслуживания этих двигателей.

[3]

• Bryan ‘Bob’ Boyle. The Napier Way (неопр.). — Bookmarque Publishing, 2000. — ISBN 1-870519-57-4.

• Alan Vessey (compiler). Napier Powered (неопр.). — Tempus, 1997. — ISBN 0-7524-0766-X.

Роторный двигатель — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Роторный двигатель — наименование семейства близких по конструкции тепловых двигателей, объединённых ведущим признаком — типом движения главного рабочего элемента. Роторный двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — тепловой двигатель, в котором главный подвижный рабочий элемент двигателя — ротор — совершает вращательное движение.

Двигатели должны давать на выходе вращательное движение главного вала. Именно этим роторные ДВС отличаются от наиболее распространенных сегодня поршневых ДВС, в которых главный подвижный рабочий элемент (поршень) совершает возвратно-поступательные движения. В роторных моторах, где главный рабочий элемент и так вращается, не требуется дополнительных механизмов для получения вращательного движения. В поршневых же моторах приходится применять громоздкие и сложные кривошипно-шатунные механизмы для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.

С древности известны колеса ветряных и водяных мельниц, которые можно отнести к примитивным роторным двигательным механизмам. Самый первый тепловой двигатель в истории — эолипил Герона Александрийского (I в. н. э) также относится к роторным двигателям. В XIX веке, вместе с массовым появлением поршневых паровых машин, начинают создаваться и активно использоваться и роторные паровые двигатели. К ним можно отнести как паровые роторные машины с непрерывно открытыми в атмосферу камерами расширения — это паровые турбины, так и паровые машины с герметично запираемыми камерами расширения: к ним, например, можно отнести «коловратную машину» Н. Н. Тверского, которая успешно эксплуатировалась во многих экземплярах в конце XIX века в России.

С началом массового применения ДВС в первые десятилетия XX века начались и работы по попыткам создать эффективный роторный ДВС. Однако эта задача оказалась большой инженерной трудностью, и лишь в 1930-х годах была создана работоспособная дизельная турбина, которая по классификации относится к роторным ДВС с непрерывно открытой в атмосферу камерой сгорания.

Работоспособный роторный ДВС с герметично запираемой камерой сгорания удалось создать лишь в конце 1950-х годов группе исследователей из немецкой фирмы NSU, где Вальтер Фройде и Феликс Ванкель разработали схему роторно-поршневого двигателя.

В отличие от газовых турбин, которые широко и массово применяются уже более 50 лет, роторный двигатель Ванкеля и Фреде не показал очевидных преимуществ перед поршневыми ДВС, а также имел заметные недостатки, которые и сдерживают массовое применение этих моторов в промышленности. Но потенциально широкий набор возможных конструктивных решений создают широкое поле для инженерных поисков, которые уже привели к появлению таких конструкций, как роторно-лопастной двигатель Вигриянова, трёхтактный и пятитактный роторные двигатели Исаева и 2-тактный роторно-поршневой двигатель

Главное деление роторных двигателей происходит по типу работы камеры сгорания — запирается она на время герметично, или имеет постоянную связь с атмосферой. К последнему типу относятся газовые турбины, камеры охлаждения которых отделены от выхлопного сопла (от атмосферы) лишь густым «частоколом» лопастей роторной крыльчатки.

В свою очередь, роторные ДВС с герметично запираемыми камерами сгорания делятся на 7 различных конструкционных компоновок:

1. роторные двигатели с неравномерным разнонаправленным (возвратно-вращательным) движением главного рабочего элемента;
2. роторные двигатели с неравномерным однонаправленным (пульсирующе-вращательным) движением главного рабочего элемента;
3. роторные двигатели с простым и равномерным вращательным движением главного рабочего элемента и с уплотнительными заслонками-лопастями, движущимися в роторе. Частный случай — с заслонками-лопастями, отклоняющимися на шарнирах на роторе;
4. роторные двигатели с простым и равномерным вращательным движением главного рабочего элемента и с уплотнительными заслонками, движущимися в корпусе;
5. роторные двигатели с простым и равномерным вращательным движением главного рабочего элемента и с использованием такого же простого вращательного движения уплотнительных элементов;
6. роторные двигатели с простым вращательным движением главного рабочего элемента, без применения отдельных уплотнительных элементов и спиральной организацией формы рабочих камер;
7. роторные двигатели с планетарным вращательным движением главного рабочего элемента и без применения отдельных уплотнительных элементов.

Роторные двигатели Фройде и Ванкеля,и 2-тактный роторно-поршневой двигатель, которые не вполне корректно с технической точки зрения называют «роторно-поршневыми», относятся к 7-й классификационной группе.

• Н. Ханин, С. Чистозвонов. Автомобильные роторно-поршневые двигатели. — М., 1964.
• Е. Акатов, В. Бологов и др. Судовые роторные двигатели. — Л., 1967.

Нефтяной двигатель — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Трактор Lanz Bulldog с одноцилиндровым двухтактным нефтяным двигателем. В передней части виден кожух калоризатора

Нефтяной двигатель (также керосиновый двигатель, двигатель с калильной головкой, калоризаторный двигатель^[1], полудизель^[2]) — двигатель внутреннего сгорания, воспламенение топлива в котором происходит в специальной калильной головке — калоризаторе^[3]. Двигатель может работать на различных видах топлива: керосине, лигроине, дизельном топливе, сырой нефти, растительном масле^[4] и т. д.

Калоризаторный двигатель изобрёл англичанин Герберт Акройд-Стюарт (англ.). В 1886 году были выпущены первые опытные образцы, а в 1891 году начался серийный выпуск на фабрике Richard Hornsby & Sons (англ.), производящей сельскохозяйственные машины. Из-за определённого сходства в конструкции (применение непосредственного впрыска топлива) и принципе работы (воспламенение при сжатии) этот двигатель стал объектом патентных споров с Рудольфом Дизелем^[5].

В России двухтактные нефтяные двигатели также известны под названием болиндер (от J & CG Bolinders Mekaniska Verkstad AB — названия фирмы, поставлявшей такие двигатели)^[6]

Нефтяной двигатель может быть как двухтактным, так и четырёхтактным, но большинство из них были двухтактными с картерной продувкой, что упрощало конструкцию. Основной особенностью данного типа двигателей является калильная головка (калоризатор), закрытая теплоизоляционным кожухом. Перед запуском двигателя калоризатор должен быть нагрет до высокой температуры — например, при помощи паяльной лампы. Впоследствии вместо горелки для прогрева калильной головки стала использоваться электрическая спираль.

При работе двигателя в ходе такта впуска в калильную головку через форсунку подаётся топливо (обычно в момент прохождения поршнем нижней мёртвой точки), где сразу же испаряется, однако не воспламеняется, так как калильная головка в момент срабатывания форсунки заполнена отработавшими газами и в ней недостаточно кислорода для поддержания горения топлива. Лишь незадолго до того, как поршень придёт в верхнюю мёртвую точку, в головку из цилиндра поступает богатый кислородом сжатый поршнем свежий воздух, в результате чего пары топлива воспламеняются.

Степень сжатия у подобных двигателей гораздо ниже, чем у дизельных — не более 8. К тому же топливо, в отличие от дизельного двигателя, поступает не в конце такта сжатия, а во время впуска^[7], что позволяет применять топливный насос более простой конструкции, рассчитанный на сравнительно небольшое давление (обычно не более 30…40 атм).

Момент воспламенения топлива зависит от температуры калильной головки, которая в процессе работы может изменяться. Для управления опережением воспламенения мог использоваться впрыск воды.

• Простота конструкции, надёжность, нетребовательность к уходу;
• Возможность работы на разных видах топлива (вплоть до отработанного моторного масла) без перенастройки;
• Двухтактные нефтяные двигатели могут работать при любом направлении вращения маховика, для реверсирования необходимо плавно снижать обороты до тех пор, пока очередная вспышка топлива не произойдёт раньше, чем поршень подойдёт достаточно близко к верхней мёртвой точке, после чего маховик останавливается и начинает вращение в обратную сторону.

• Необходимость прогрева калильной головки до температуры 300—350 °C перед запуском, что занимало 10….15 минут при использовании открытого огня, или 1…2 минуты с электрической спиралью;
• Низкий КПД за счёт плохой продувки калоризатора свежим воздухом и низкой степени сжатия^[8];
• Двигатель данной конструкции развивает максимальную мощность на более низких оборотах, чем традиционные дизельные двигатели, отсюда — сильные вибрации и малая удельная мощность. К тому же двигатель требует очень массивного маховика. Однако низкая скорость вращения может быть достоинством, например, при применении двигателя в качестве судового;
• Высокая температура калильной головки поддерживается за счёт вспышек топлива в цилиндрах, поэтому данный тип двигателя не может работать длительное время без дополнительного подогрева при малой нагрузке и на холостых оборотах.
• При длительной работе на высоких нагрузках калильная головка может перегреваться, из-за чего увеличивается угол опережения зажигания, что приводит к снижению мощности и увеличению нагрузки на детали двигателя.

Нефтяной двигатель на лесопилке

Двигатели данного типа выпускались до конца 1950-х годов и применялись в основном в сельскохозяйственной технике, судостроении (в особенности на небольших рыболовных судах) и на маломощных электростанциях. Именно таким двигателем оснащался один из первых советских тракторов — «Запорожец». Самый известный и один из наиболее успешных примеров применения такого двигателя — немецкий трактор «Ланц-Бульдог» (Lanz-Buldog), выпускавшийся с 1920-х по 1960-е годы.

Ионный двигатель — Википедия

Ионный двигатель
Ионный двигатель NSTAR американской АМС Deep Space 1
Тип	электрический ракетный двигатель
Топливо	ионизированный инертный газ
Время эксплуатации	более 3 лет[1]
Применение	управление ориентацией и положением на орбите искусственных спутников Земли; главный тяговый двигатель небольших автоматических космических станций[1]
Тяга	20—250 мН[1]
Потребляемая мощность	1—7 кВт
КПД	60—80 %
Скорость истечения	20—50 км/с
Медиафайлы на Викискладе

Ионный двигатель — тип электрического ракетного двигателя, принцип работы которого основан на создании реактивной тяги на базе ионизированного газа, разогнанного до высоких скоростей в электрическом поле^[1]. Достоинством этого типа двигателей является малый расход топлива и продолжительное время функционирования (максимальный срок непрерывной работы самых современных образцов ионных двигателей составляет более трёх лет)^[1]. Недостатком ионного двигателя является ничтожная по сравнению с химическими двигателями тяга^[1]. По сравнению с двигателями с ускорением в магнитном слое ионный двигатель обладает большим энергопотреблением при равном уровне тяги. Ионные двигатели используют повышенные напряжения, обладают более сложной схемой и конструкцией, что усложняет решение задачи обеспечения высокой надёжности и электрической прочности двигателя.^[2]

Сфера применения: управление ориентацией и положением на орбите искусственных спутников Земли (некоторые спутники оснащены десятками маломощных ионных двигателей) и использование в качестве главного тягового двигателя небольших автоматических космических станций^[1].

Ионному двигателю в настоящее время принадлежит рекорд негравитационного ускорения космического аппарата в космосе — Deep Space 1 смог увеличить скорость аппарата массой около 370 кг на 4,3 км/с, израсходовав 74 кг ксенона^[1]. Этот рекорд был побит космическим аппаратом Dawn: впервые — 5 июня 2010 года^[3], а к сентябрю 2016 года набрана скорость уже в 39 900 км/ч^[4] (11,1 км/с).

Ионный двигатель характеризуется малой тягой и высоким удельным импульсом. Ресурс работы оценивается в диапазоне 10 тысяч — 100 тысяч часов. В настоящее время разрабатывается новое поколение ионных двигателей, рассчитанных на расход 450 килограммов ксенона, чего хватит на 22 тысячи часов работы при максимальном форсаже. Причинами отказа могут стать износ ионной оптики, катодной диафрагмы и держателя для плазмы, истощение рабочего материала в каждой катодной вставке и откол материала в разрядной камере. Согласно проведенным тестам при удельном импульсе больше 2000 s первым произойдет структурный отказ ионной оптики при использовании 750 килограммов топлива, что в 1,7 раза превышает квалификационные требования. При удельном импульсе меньше 2000 s прототип может удвоить расход потребляемого топлива^[5].

Испытания ионного двигателя на ксеноне

Принцип работы двигателя заключается в ионизации газа и его разгоне электростатическим полем. При этом, благодаря высокому отношению заряда к массе, становится возможным разогнать ионы до очень высоких скоростей (вплоть до 210 км/с^[6], по сравнению с 3—4,5 км/с у химических ракетных двигателей). Таким образом, в ионном двигателе можно достичь очень большого удельного импульса. Это позволяет значительно уменьшить расход реактивной массы ионизированного газа по сравнению с расходом реактивной массы в химических ракетах, но требует больших затрат энергии. Технические характеристики ионного двигателя: потребляемая мощность 1—7 кВт, скорость истечения ионов 20—50 км/с, тяга 20—250 мН, КПД 60—80 %, время непрерывной работы более трёх лет. В существующих реализациях ионного двигателя в качестве источника энергии, необходимой для ионизации топлива, используются солнечные батареи.^[1]

Рабочим телом, как правило, является ионизированный инертный газ (аргон, ксенон и т. п.), но иногда и ртуть. В ионизатор подаётся топливо, которое само по себе нейтрально, но при бомбардировании высокоэнергетическими электронами ионизируется. Таким образом, в камере образуется смесь из положительных ионов и отрицательных электронов. Для «отфильтровывания» электронов в камеру выводится трубка с катодными сетками, которая притягивает к себе электроны. Положительные ионы притягиваются к системе извлечения, состоящей из двух или трёх сеток. Между сетками поддерживается большая разница электростатических потенциалов (+1090 Вольт на внутренней против -225 Вольт на внешней). В результате попадания ионов между сетками, они разгоняются и выбрасываются в пространство, ускоряя корабль, согласно третьему закону Ньютона. Электроны, пойманные в катодную трубку, выбрасываются из двигателя под небольшим углом к соплу и потоку ионов. Это делается, во-первых, для того, чтобы корпус корабля оставался нейтрально заряженным, а во-вторых, чтобы ионы, «нейтрализованные» таким образом, не притягивались обратно к кораблю^[1].

Недостаток двигателя в его нынешних реализациях — очень слабая тяга (порядка 50—100 миллиньютонов). Таким образом, нет возможности использовать ионный двигатель для старта с планеты, но, с другой стороны, в условиях невесомости, при достаточно долгой работе двигателя, есть возможность разогнать космический аппарат до скоростей, недоступных сейчас никаким другим из существующих видов двигателей.

Работающая модель ионного двигателя, действующая на основе отбрасывания заряженных ионов воздуха с проводящего острия под высоким напряжением, может быть создана в домашних условиях^[7][8]

Ионный двигатель является первым хорошо отработанным на практике типом электрического ракетного двигателя. Концепция ионного двигателя была выдвинута в 1917 году Робертом Годдардом^[9], а в 1954 году Эрнст Штулингер^ru_en детально описал эту технологию, сопроводив её необходимыми вычислениями^[10].

В 1955 году Алексей Иванович Морозов написал, а в 1957 году опубликовал в ЖЭТФ статью «Об ускорении плазмы магнитным полем»^[11][12]. Это дало толчок к исследованиям, и уже в 1964 году на советском аппарате «Зонд-2» первым таким устройством, выведенным в космос, стал плазменно-эрозионный двигатель конструкции А. М. Андрианова. Он работал в качестве двигателя ориентации с питанием от солнечных батарей^[13].

Первый американский функционирующий ионный электростатический двигатель (создан в США в НАСА John H. Glenn Research Center at Lewis Field) был построен под руководством Гарольда Кауфмана^ru_en в 1959 году. В 1964 году прошла первая успешная демонстрация ионного двигателя в суборбитальном полёте (SERT I)^[1]. Двигатель успешно работал в течение запланированной 31 минуты. В 1970 году прошло испытание, призванное продемонстрировать эффективность долговременной работы ртутных ионных электростатических двигателей в космосе (SERT II)^[14]. Малая тяга и низкий КПД надолго отвадили американских конструкторов от применения электрических и ионных двигателей.

Тем временем в Советском Союзе продолжалась разработка и улучшались характеристики. Были разработаны и применялись различные типы ионных двигателей на различных типах космических аппаратов. Двигатели СПД-25 тягой 25 миллиньютон, СПД-100^[15], и другие серийно устанавливались на советские спутники с 1982 года^[16].

В качестве основного (маршевого) двигателя ионный двигатель был впервые применён на космическом аппарате Deep Space 1 (первый запуск двигателя — 10 ноября 1998 г.). Следующими аппаратами стали европейский лунный зонд Смарт-1, запущенный 28 сентября 2003 года^[17], и японский аппарат Хаябуса, запущенный к астероиду Итокава в мае 2003 года^[1].

Следующим аппаратом НАСА, обладающим маршевыми ионными двигателями, стала (после ряда замораживаний и возобновления работ) АМС Dawn, которая стартовала 27 сентября 2007 года. Dawn предназначен для изучения Весты и Цереры и несёт три двигателя NSTAR, успешно испытанных на Deep Space 1^[1].

Европейское Космическое Агентство установило ионный двигатель на борту спутника GOCE, запущенного 17 марта 2009 года на сверхнизкую околоземную орбиту высотой около 260 км. Ионный двигатель создаёт в постоянном режиме импульс, компенсирующий атмосферное трение и другие негравитационные воздействия на спутник^[1].

Впервые ионный двигатель появился в фантастике в 1910 году — в романе Дональда В. Хорнера «Аэроплан к солнцу: приключения авиатора и его друзей»^[18][19]. Ионный двигатель широко представлен в фантастической литературе, компьютерных играх и кинематографе (так в «Звёздных войнах» экономичный ионный двигатель развивает скорость до трети световой и используется для перемещения в обычном пространстве на небольшие по космическим меркам расстояния — например в пределах планетарной системы^[20]), но для практической космонавтики стал доступен только во второй половине XX века. Реальный ионный двигатель по своим техническим характеристикам (и в первую очередь по силе тяги) значительно уступает своим литературным прообразам (так Эдгард Чуэйри образно сравнивает ионный двигатель с автомобилем, которому нужно двое суток для разгона с 0 до 100 км/ч)^[1].

Действующие миссии[править | править код]

• Starlink — проект компании Илона Маска SpaceX по выведению спутников на околоземную орбиту для создания глобальной сети интернет. Технология используется для маневрирования спутников и избежания их столкновения с космическим мусором^{[источник не указан 232 дня]}.
• Artemis^[17]
• Хаябуса-2
• BepiColombo. Запущен 20 октября 2018 года. ЕКА использует ионный двигатель в этой меркурианской миссии, наряду с гравитационными манёврами и химическим двигателем для перехода на орбиту вокруг Меркурия в качестве искусственного спутника^[17]. На аппарате работают самые мощные на сегодняшний день 4 ионных двигателя суммарной тягой 290 мН^[21].

Завершённые миссии[править | править код]

• SERT (англ. Space Electric Rocket Test, рус. Тест Космического Электрического Двигателя — программа NASA, в которой на спутниках впервые был использован ионный двигатель)
• Deep Space 1
• Hayabusa (вернулся на Землю 13 июня 2010 года)
• Smart 1 (завершил миссию 3 сентября 2006 года, после чего был сведён с орбиты)
• GOCE (после исчерпания запасов рабочего тела сошёл с орбиты)
• LISA Pathfinder (ЕКА) использовал ионные двигатели в качестве вспомогательных для точного контроля высоты; деактивирован 30 июня 2017.
• Dawn. 1 ноября 2018 года аппарат исчерпал все запасы топлива для маневрирования и ориентации, его миссия, длившаяся 11 лет, была официально завершена.

Планируемые миссии[править | править код]

Нереализованные миссии[править | править код]

Компьютерная модель Прометея-1

NASA ввело проект «Прометей», для которого разрабатывался мощный ионный двигатель, питающийся электричеством от бортового ядерного реактора. Предполагалось, что такие двигатели в количестве восьми штук могли бы разогнать аппарат до 90 км/с. Первый аппарат этого проекта Jupiter Icy Moons Explorer планировалось отправить к Юпитеру в 2017 году, однако разработка этого аппарата была приостановлена в 2005 году из-за технических сложностей. В 2005 году программа была закрыта^[23]. В настоящее время идёт поиск более простого проекта АМС для первого испытания по программе «Прометей»^[24].

Проект Джефри Лэндиса[править | править код]

Geoffrey A. Landis^ru_en предложил проект межзвёздного зонда с ионным двигателем, получающим энергию через лазер от базовой станции, что даёт некоторое преимущество по сравнению с чисто космическим парусом. В настоящее время данный проект неосуществим из-за технических ограничений — например, он потребует силы тяги от ионных двигателей в 1570 Н при нынешних 20—250 мН^[25](по другим данным рекорд тяги у современных ионных двигателей 5,4 Н^[26]).

1. ↑ ^{1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15} Choueiri, Edgar Y. (2009) New dawn of electric rocket Scientific American 300, pp. 58-65 DOI:10.1038/scientificamerican0209-58
2. ↑ Белан Н. В., Ким В. П., Оранский А. И., Тахонов В. Б. Стационарные плазменные двигатели. — Харьк. авиац. ин-т. — Харьков, 1989. — С. 18—20.
3. ↑ NASA’s Dawn Spacecraft Fires Past Record for Speed Change, NASA (7 июня 2010). Дата обращения 2 октября 2016.
4. ↑ Marc Rayman. Dawn Journal September 27, 2016 (англ.). NASA (27 September 2016). Дата обращения 19 ноября 2016.
5. ↑ Lifetime Assessment of the NEXT Ion Thruster Jonathan L. Van Noord1 NASA Glenn Research Center, Cleveland, Ohio 44135
6. ↑ Испытан рекордный ионный двигатель (рус.). membrana.ru (12 января 2006). Дата обращения 22 февраля 2015.
7. ↑ Брага Н. Создание роботов в домашних условиях. — М.: НТ Пресс, 2007. — С. 71-79 — ISBN 5-477-00749-4.
8. ↑ «Собрал летающий ионный двигатель у себя дома» (видео пользователя YouTube KREOSAN, 13 февраля 2017)
9. ↑ Robert H. Goddard: American Rocket Pioneer (неопр.). Smithsonian Scrapbook. Smithsonian Institution Archives. Дата обращения 21 февраля 2015.
10. ↑ Choueiri, E. Y. A Critical History of Electric Propulsion: The First 50 Years (1906–1956) (неопр.). Дата обращения 21 февраля 2015.
11. ↑ Морозов А. И. Об ускорении плазмы магнитным полем // ЖЭТФ. — 1957. — Т. 32, вып. 2. — С. 305—310.
12. ↑ Потомки повелителя ветров: Вместо сердца — плазменный мотор! // Популярная механика. — 2005. — № 12.
13. ↑ Доктор физико-математических наук А. МОРОЗОВ. КОСМИЧЕСКИЙ ЭЛЕКТРОВОЗ (неопр.). Наука и Жизнь (сентябрь 1999).
14. ↑ Innovative Engines — Glenn Ion Propulsion Research Tames the Challenges of 21st Century Space Travel (англ.). Glenn Research Center (20 May 2008). Дата обращения 22 февраля 2015.
15. ↑ Стационарный плазменный двигатель СПД-100 (рус.). www.mai.ru. Дата обращения 19 октября 2017.
16. ↑ Спутник убийца или благодетель: что запустила Россия в космос?, Slon.ru. Дата обращения 19 октября 2017.
17. ↑ ^{1 2 3} Рахманов, М. Ионные двигатели: от фантастики к реальным пускам (рус.). CNews.ru (30 сентября 2003). Дата обращения 22 февраля 2015.
18. ↑ Список публикаций произведения «By Aeroplane to the Sun» в ISFDB  (англ.)
19. ↑ Peter Nicholls. Ion Drive (англ.). SFE: The Encyclopedia of Science Fiction, online edition, 2011— (20 December 2011). Дата обращения 1 июля 2018.
20. ↑ Кочуров, В. Бороздя гиперпространство. Физика и технологии «Звёздных войн» (неопр.). журнал «Мир фантастики» (27 декабря 2005). Дата обращения 22 февраля 2015.
21. ↑ (2013) «BepiColombo Electric Propulsion Thruster and High Power Electronics Coupling Test Performances» in 33rd International Electric Propulsion Conference. 6–10 October 2013. Washington, D.C... IEPC-2013-133. 
22. ↑ Jason Mick. Commercially Developed Plasma Engine Soon to be Tested in Space (неопр.) (недоступная ссылка). DailyTech (11 августа 2008). Дата обращения 22 февраля 2015. Архивировано 22 февраля 2015 года.
23. ↑ The National Academy of Sciences. Launching Science: Science Opportunities Provided by NASA’s Constellation System (англ.). — Washington, DC: The National Academies Press (англ.)русск., 2009. — P. 18. — ISBN 978-0-309-11644-2.
24. ↑ The National Academy of Sciences. Launching Science: Science Opportunities Provided by NASA’s Constellation System. — Washington, DC: The National Academies Press, 2009. — С. 18. — ISBN 978-0-309-11644-2.
25. ↑ Landis, G. A. звёздный ионный зонд, снабжаемый энергией по лазерному лучу (рус.) (1 сентября 1994). Дата обращения 22 февраля 2015.
26. ↑ Ионный двигатель NASA показал новый рекорд производительности (рус.). Hi-News.Ru (14 октября 2017).

• Морозов А. И. Физические основы космических электрореактивных двигателей. — М.: Атомиздат, 1978. — 328 с.

• Плазменные ускорители и ионные инжекторы / Морозов А. И.. — М.: Наука, 1984. — 269 с.

• Форрестер, Т. А. Интенсивные ионные пучки. — М.: Мир, 1992. — 354 с. — ISBN 5-03-001999-0.

• A.B. Жаринов, Ю. С. Попов, «Об ускорении плазмы замкнутым холловским током», ЖТФ, 1967, Т.37,вып.2.

• Kaufman H. R., Robinson R. S. Ion Source Design for Industrial Application (англ.) // AIAA Journal : журнал. — 1982. — Vol. 20, no. 6. — P. 745—760.

• A. I. Morozov and V. V. Savelyev, «Fundamentals of stationary plasma thruster theory, » in Reviews of Plasma Physics, edited by B. B. Kadomstev

and V. D. Shafranov (Kluwer, Dordecht, 2000), Vol. 21.

• V. Kim, J. Propul. Power 14, 736 (1998).

Роторно-лопастной двигатель Вигриянова — Википедия

Роторно-лопастной двигатель

Статья или раздел содержит противоречия и не может быть понята однозначно. Следует разрешить эти противоречия, используя более точные авторитетные источники или корректнее их цитируя. На странице обсуждения должны быть подробности.

Роторно-лопастной двигатель Иванова (Вигриянова) — роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания. Особенность двигателя — применение вращающегося сложносоставного ротора, размещённого внутри цилиндра и состоящего из четырёх лопастей.

Роторно-лопастная схема двигателя была предложена ещё в 1910 году. Предлагалось только придумать к ней механизм, позволяющий двигаться лопастям по определённой закономерности. В шестидесятых годах прошлого века немецкая фирма Клёкнер-Хумбольд-Дойц (нем. Klöckner-Humboldt-Deutz) провела исследование этого двигателя с механизмом Кауэрца (нем. Eugen Kauertz). Результаты были отрицательными. Одним из отрицательных факторов была работа самого механизма преобразования движения лопастей.

В 1973 году была разработана идея нового механизма преобразования движения лопастей. Идея пришла одновременно О. М. Иванову (Томск) и группе людей из Бердска (Новосибирская область) независимо друг от друга. М. С. Вигриянов к этому не имел ни малейшего отношения.^{[источник не указан 3312 дней][нейтральность?]} Информацию о возможности изготовления роторно-лопастного двигателя он получил лишь в 1978 году, когда Иванов по приезде в Бердск изготовил первый макет этого двигателя.

Бердская группа не стала дальше работать над двигателем по причине внутренних разногласий. Иванов же создал группу из трёх человек: О. М. Иванов — автор идеи, М. С. Вигриянов — инженер-патентовед, В. А. Перемитин — слесарь.

На бердском опытно-механическом заводе (БОМЗ) был изготовлен рабочий образец, который не удалось запустить по простейшим причинам, которые стали понятны позже. За время работы с образцом стали видны некоторые недостатки этого механизма. Иванов предложил новый механизм преобразования движения, который можно было легко изготовить на доступном оборудовании. Двигатель с этим механизмом был изготовлен в Институте теплофизики СО РАН. Из бракованных деталей был собран макет, демонстрируемый Вигрияновым на фотографиях.^{[источник не указан 3312 дней]}

Разработкой интересовались в России и за рубежом: немцы, американцы, бразильцы. Предполагалось просто проверить на работоспособность данную схему, и если бы мотор проработал всего лишь пять минут, авторов схемы это вполне удовлетворило бы. Испытания показали, что в принципе мотор работоспособен, но требует больших доработок. Иванов предложил применить пластинчатые уплотнения вместо канальных в версии Вигриянова и выполнить их из графита. Нерешённой осталась схема уплотнений и смазки торцов валов.

Больше этот двигатель не изготавливался. Директор Института теплофизики СО РАН академик Владимир Накоряков создал акционерное общество для производства данного двигателя.^{[источник не указан 3312 дней]} Интересы Иванова в данном деле не присутствовали. Без автора мотор дальше дорабатывать было некому. Авторство Вигриянова в некоторой степени ставится под сомнение, так как по сути никаких кардинальных изменений в конструкции двигателя с его стороны не было,^{[нейтральность?]} тем более не мог продолжить разработку.

Роторно-лопастной двигатель: цикл работы

На паре соосных валов установлены по две лопасти, разделяющие цилиндр на четыре рабочие камеры. Каждая камера за один оборот совершает четыре рабочих такта (набор рабочей смеси, сжатие, рабочий ход и выброс отработанных газов). Таким образом, в рамках данной конструкции возможно реализовать любой четырёхтактный цикл.

Роторно-лопастной двигатель, который изначально планировалось применять на Ё-мобиле

Преимущества двигателя Иванова (Вигриянова) (роторного двигателя с неравномерным однонаправленным (пульсирующе-вращательным) движением главного рабочего элемента) характерны для любого роторного двигателя:

Недостатки этого типа роторных двигателей связаны с принципом организации рабочих процессов в конструкционной схеме процессов. Схема подразумевает снятие мощности с двух разных валов (каждый соединён со своим «коромыслом» с лопастями), движущихся неравномерно — то затормаживаясь, то ускоряясь, поочередными импульсами (при этом как бы то догоняя, то останавливая друг друга). Снятие мощности с таких «пульсирующих» валов было крайне затруднительно. Требуется также согласование их движения друг относительно друга. Согласование выполняется крайне сложным и громоздким механизмом синхронизации и схемой движения-вращения с двух валов. На фотографии этот механизм виден на задней части корпуса — его диаметр и ширина больше, чем сам диск рабочей камеры, где происходят рабочие циклы. Именно эта неравномерность вращения двух рабочих валов, их неравномерное, пульсирующее движение и определяют все трудности создания работоспособных типов этого подкласса роторных двигателей. В созданных прототипах этих двигателей огромные инерционные нагрузки быстро разрушали применяемые механизмы согласования вращения двух валов и связанных с ними роторных лопастей. По этой причине реально и эффективно работающих моделей этого типа до сих пор не создано.

К недостаткам можно, в частности, отнести высокую тепловую напряженность ротора, особенно его лопастей. Для мощных РЛДВС обязательна эффективная принудительная система охлаждения ротора.

В работе двигатель Иванова (Вигриянова) равнозначен восьмицилиндровому поршневому двигателю, поскольку за один оборот реализует четыре рабочих цикла.

Отношение М. Вигриянова к перспективам развития РЛДВС[править | править код]

Сообщаю заверительно, что тема роторно-лопастной машины объёмного вытеснения мною хорошо изучена, найдены все решения, необходимые и достаточные для реализации РЛДВС, но окончательный вариант конструкции РЛДВС получается слишком усложнённым, и я принимаю решение не продолжать дальше работу над РЛДВС. Правда, есть другая, и, пожалуй, основная причина – нахождение другого варианта двигателя, отличающегося от РЛДВС простотой и вдвое большим КПД.[1].

В 2002 году в СМИ появилась статья^[2] о том, что проблема механизма преобразования попеременного движения лопастей в постоянное движение вала якобы была решена: упоминается, что решение достигнуто с помощью некого «дифференциального механизма». Однако, в приведённой статье какие-либо строгие подтверждения этого факта отсутствуют, но при этом указано, что изготовить двигатель не удалось, по словам автора, из-за отсутствия финансов.

Двигатель Хессельмана — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Двигатель Хессельмана является комбинацией бензинового и дизельного двигателя, предложен шведским инженером Йонасом Хессельманом в 1925 году. Впоследствии данный тип двигателя применялся в тяжёлых грузовиках и автобусах, выпущенных в промежуток с 1920-х по 1930-е годы.

Двигатель Хессельмана представлял собой двигатель внутреннего сгорания с электрическим зажиганием, модифицированный таким образом, чтобы он был в состоянии работать на тяжёлых нефтепродуктах, таких как мазут, керосин или дизельное топливо. Горючее впрыскивается в камеру сгорания посредством топливного насоса высокого давления. Из-за низкой степени сжатия дизельное топливо и тяжёлые нефтепродукты воспламенялись при помощи свечи зажигания.

В дизельном двигателе происходит самовоспламенение топлива под воздействием разогретого сильным сжатием воздуха.

Двигатели Хессельмана обычно запускались на бензине, а после прогрева до рабочей температуры переключались на керосин или дизельное топливо. Это был первый двигатель внутреннего сгорания с электрическим зажиганием и прямым впрыском горючего в цилиндры, который был установлен на автомобиль.

Двигатели Хессельмана могли работать на тяжёлом жидком топливе, которое было дешевле бензина, что сделало их установку на автомобили более выгодной. Современные исследования показали, что по сравнению с бензиновыми двигателями двигатели Хессельмана потребляли меньше топлива, развивая при этом равную мощность.

По сравнению c другими дизельными двигателями модель Хессельмана была меньше по размерам, и соответственно, весила меньше. В 1930-х годах металлургия не была так развита, как сейчас, поэтому дизельные двигатели были довольно тяжёлыми, чтобы выдерживать воздействие высоких температур и давления при сжатии воздуха и возгорании топлива. Впоследствии благодаря дальнейшему развитию металлургии появилась возможность сделать дизельные двигатели более лёгкими и компактными, из-за чего двигатель Хессельмана лишился данного преимущества.

Модель Хессельмана при всех своих достоинствах обладала также рядом недостатков. Из-за низкой степени сжатия температура в камере сгорания была более низкой, чем в дизельном двигателе, что приводило к неполному сгоранию тяжёлого топлива. Это, в свою очередь, вело к быстрому износу свечей зажигания. В довершении всего двигатели Хессельмана выделяли выхлопные газы, которые представляли собой густой едкий дым.

С конца 1920-х годов двигатели Хессельмана производились на всех трёх шведских заводах, выпускавших грузовики, Scania-Vabis, Tidaholms Bruk и Volvo. В 1936 году завод Scania-Vabis перешёл на более совершенные дизельные двигатели, а в 1947 году его примеру последовал Volvo.

Реактивный двигатель — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Реактивный двигатель — двигатель, создающий необходимую для движения силу тяги посредством преобразования внутренней энергии топлива в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела.

Рабочее тело с большой скоростью истекает из двигателя, и, в соответствии с законом сохранения импульса, образуется реактивная сила, толкающая двигатель в противоположном направлении. Для разгона рабочего тела может использоваться как расширение газа, нагретого тем или иным способом до высокой температуры (т. н. тепловые реактивные двигатели), так и другие физические принципы, например, ускорение заряженных частиц в электростатическом поле (см. ионный двигатель).

Реактивный двигатель сочетает в себе собственно двигатель с движителем, то есть он создаёт тяговое усилие только за счёт взаимодействия с рабочим телом, без опоры или контакта с другими телами. По этой причине чаще всего он используется для приведения в движение самолётов, ракет и космических аппаратов.

• Сила тяги реактивного двигателя не зависит от наличия окружающей среды^[1].
• Сила тяги реактивного двигателя не зависит от скорости движения ракеты^[1].
• Полезная мощность реактивного двигателя пропорциональна скорости ракеты^[1].
• При скорости ракеты, большей, чем половина скорости истечения газов двигателя, полезная мощность реактивного двигателя становится больше полной мощности (парадокс силы тяги реактивного двигателя)^[1].

Существует два основных класса реактивных двигателей:

Составные части реактивного двигателя[править | править код]

Любой реактивный двигатель должен иметь, по крайней мере, две составные части:

Основные технические параметры реактивного двигателя[править | править код]

Основным техническим параметром, характеризующим реактивный двигатель, является тяга (иначе — сила тяги) — усилие, которое развивает двигатель в направлении движения аппарата.

Ракетные двигатели помимо тяги характеризуются удельным импульсом, являющимся показателем степени совершенства или качества двигателя. Этот показатель является также мерой экономичности двигателя. В приведённой ниже диаграмме в графической форме представлены верхние значения этого показателя для разных типов реактивных двигателей, в зависимости от скорости полёта, выраженной в форме числа Маха, что позволяет видеть область применимости каждого типа двигателей.

ПуВРД — Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель, ТРД — Турбореактивный двигатель, ПВРД — Прямоточный воздушно-реактивный двигатель, ГПВРД — Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель

Реактивный двигатель был изобретен Гансом фон Охайном (Dr. Hans von Ohain), выдающимся немецким инженером-конструктором и Фрэнком Уиттлом (Sir Frank Whittle).
Первый патент на работающий газотурбинный двигатель был получен в 1930 году Фрэнком Уиттлом. Однако первую рабочую модель собрал именно Охайн.

2 августа 1939 года в Германии в небо поднялся первый реактивный самолёт — Хейнкель He 178, оснащённый двигателем HeS 3, разработанный Охайном.

1. ↑ ^{1 2 3 4} Кабардин О. Ф., Орлов В. А., Пономарёва А. В. Факультативный курс физики. 8 класс. — М.: Просвещение, 1985. — Тираж 143 500 экз. — С. 140 — 141