Lem Andrew. Двигатель для Ракетоплана

Двигатель для Ракетоплана

Вступление.

Часто в научно популярных фильмах, вместо ракет в космос летают при помощи ракетопланов. То есть некие самолеты без проблем стартуют с поверхности планеты и потом выходят на орбиту планеты. И точно также возвращаются на космодромы или просто в атмосферу. В реальности же мы лишь в теории допускаем, что в космос на орбиту можно выйти за счет составных летательных аппаратов. На низкую орбиту при помощи двух спаренных систем "самолет+ крылатая ракета", и на высокую орбиту "самолет-крылатая ракета-ракета". Увы современные ракетопланы составные и не могут совершать прямые полеты в едином корпусе на орбиту. Есть ли возможность исправить это? И как это сделать? Вот об этом и пойдет речь далее.

Реактивный двигатель.

Человечество придумало, лишь один двигатель который способен вывести ракету на орбиту это реактивный двигатель. Сам по себе реактивный двигатель достаточно компактен, но если он работает на химическом топливе, то надо иметь на борту корабля огромные баки с топливом. И вот необходимость огромного количества топлива для работы реактивных двигателей и делает ракетоплан оснащенный обычный реактивным двигателем на химическом топливе невозможным. Если только вдруг неким чудом скорость истечения реактивной струи не увеличится хотя бы в два три раза, что для химического двигателя реактивного невозможно. По крайней мере никто пока еще не предложил, как это сделать.

Ракетоплан

Скорее всего единственный способ создать ракетоплан на реактивной тяге, это отказаться от запредельных запасов топлива на борту корабля. Тем более, что изначально почти 30 км космическая ракета летит в атмосфере. Было бы отлично оставить на борту летательного аппарата реактивный двигатель, а топливо брать для него прямо за бортом из атмосферы. И реализовать подобную идеи уже пробовали. Это ядерные реактивные установки. В них воздух напрямую прогонялся через рабочую зону ядерного реактора, разогреваясь и ускоряясь. Или же тепло при помощи теплоносителя отводилось из рабочей зоны реактора, и передавалось опять же воздуху. Но радиация, температура. Как оказалась это смертельная морковка, которую лучше не трогать. Казалось бы, тупик, но нет. Атмосфера состоит на 78% из Азота, и где-то 20 % из кислорода. Остальные газы в силу их малого количества упустим. Азот отлично ионизируется. А значит вполне можно на базе некоего варианта ионного электроракетного двигателя создать и ракетоплан. Вначале полета ракетоплан берет воздух из-за борта, а после разгона в атмосфере и выхода в стратосферу он будет брать воздух, сохраненный в баке на борту или в крыльях.

Вот так выглядит принципиальная схема такого ракетоплана. Мы имеем заборник атмосферного воздуха. Далее двигатель, в котором воздух используется как рабочее тело. И важный элемент -- это Баки для воздуха, который размещены в крыльях и эти баки будут источником рабочего тела для двигателя в безвоздушном пространстве. По сути мы отказываемся от первой разгонной ступени. Так как ее роль будет выполнять аэроионный электроракетный двигатель [6], берущий рабочее тело для первичного ускорения прямо из атмосферы. Источник электричества мы просто подразумеваем, что он есть. Естественно такого ионного двигателя способного работать в плотных слоях атмосферы еще нет. И вот как может быть устроен этот гипотетический двигатель речь пойдет далее.

Ионизация воздуха.

Тем более, что то, что воздух можно ионизировать и использовать при обычном давлении доказано китайскими учеными. Предложенный китайцами двигатель работает на основе ионизации воздуха. Воздух под давлением подается компрессором в кварцевую трубу, выход которой можно считать условным соплом реактивного двигателя. Где-то на середине трубы к ней приставлена сужающаяся (для увеличения напряжённости магнитного поля) горловина волновода. На другом конце волновода закреплён магнетрон мощностью 1 кВт с рабочей частотой 2,45 ГГц. Во время запуска двигателя на идущий под давлением в трубе воздух производится почти точечный микроволновый удар и дальнейшее воздействие. Сила микроволнового излучения такова, что происходит сильнейшая ионизация потока воздуха. Возникает факел из плазмы, который вырывается из трубки и создаёт тяговое давление. Интересно отметить, как китайцы измеряли давление плазменного факела. Для этого они положили на отверстие выхлопа полый стальной шар и заполняли его металлическими шариками для подбора точного веса. Данные измерений не самые точные, но примерно дают представление о возможностях двигательной установки.

Согласно измерениям и аппроксимации, удельная тяга лабораторного прототипа воздушно-реактивного микроволнового плазменного двигателя составила 28 Н/кВт. Это примерно столько же, сколько у современных керосиновых авиационных двигателей авиалайнеров. Если взять батарею электромобиля Tesla Model S мощностью 310 кВт, то тяга гипотетического плазменного двигателя может достигать 8500 Н. Для сравнения, винтовой электросамолет Airbus E-Fan использует два электропривода мощностью 30 кВт, которые в совокупности производят 1500 Н тяги. Нетрудно посчитать, что эффективность электросамолёта Airbus E-Fan составляет 25 Н/кВт, что ниже, чем у китайской разработки [4]. Что и требовалось доказать ионный двигатель может работать и в атмосфере. Разберем промахи допущенные китайскими инженерами при проектировании атмосферного ионного двигателя. Первый промах это рабочая частота. Магнетрон согласно работам Олега Батищева должен излучать волну длинной Лямбда = 85,3 нм. Далее нужно использовать чистый азот. Дело в том, что кислород входящий в состав воздуха при ионизации становится отрицательно заряженным ионом и несколько убивает кулоновского расширение возникающее в воздушной плазме из которой отведены выбитые электроны.

Три устройства.

За основу двигателя возьмем три устройства:

1. Геликонный плазменный двигатель.

это Гелик работающий на Азоте. Который предложил изобретатель из США, построивший даже опытную модель такого двигателя. Состоящий из стеклянной бутылки у которой отрезано дно и алюминиевой банки пляс магнетрон. Или источник СВЧ - излучения. Длинна волны ионизации азота: Лямда = 85,3 нм. [1]

И используя излучение этого спектра изобретатель ионизировал азот, получив толкающую силу [1] Правда его двигатель рассчитан для работы в вакууме.

2. Устройство для выделения кислорода из воздуха

3.Плазменный источник электронов.

[1]

Взяв за основу эти три девайса гипотетически создаем двигатель, в котором происходит три процесса:

-- ионизация воздуха

-- разделение азота и кислорода

-- ускорение азота и кислорода.

Двигатель для ракетоплана.

Вид с боку:

Вид с торца:

Принцип работы:

-1- Ионизация воздуха

Происходить за счет СВЧ излучения. Так известно, что, если облучать азот в присутствии постоянного магнитного поля при помощи магнетрона в газе возникает геликонная волна. По сути получается смесь из свободных электронов и положительно заряженных ионов Азота и отрицательно заряженных ионах Кислорода. Так всегда происходит при ионизации воздуха. Также ионизирует газ и разряд между анодом и катодом.

-2- Разделение азота и кислорода

Кислород -- это парамагнетик он всегда втягивается в зону с повышенной плотностью магнитного поля. В двигателе это зона близкая к коллектору. Кроме парамагнитных сил ионы кислорода стремятся к коллектору еще и под действием электрического поля. Через щели в аноде ионы кислорода проникают к коллектору вместе со свободными выбитыми из Азота электронами. Азот -- это диамагнетик, и он наоборот выталкивается из магнитного поля в зоны где магнитное поле менее плотное [3]. Также Азот остается между анодом и катодом благодаря электрическому полю действующем между анадом и катодом.

Содержание кислорода, азота и благородных газов в составе воздуха повсюду одинаково: азот -- 78,2% по объему, кислород -- 20,9% по объему, благородные газы -- 0,9% по объему [2]

-3- Ускорение Азота

Из-за того, что Кислород -- это парамагнетик, а кислород диамагнетик, кислород будет двигается вдоль коллектора в одну сторону, а Азот в другую, но эти два потока все равно встретятся в сопле. Азот будет ускоряться за счет диамагнитного ответа на приложенное магнитное поле.

А также за счет электростатических сил отталкивания.

Заряженные частицы можно разгонять и при помощи "электростатического взрыва". К примеру, если взять заряд около 50 Кл. Это не столь уж огромный заряд" "... это чудовищный заряд, который разрушит средних размеров город. если собрать его в теннисном шарике, то его энергия составит 1250 Терра джоулей. 300 килотонн в тротиловом эквиваленте" [7]. Эти выкладки дают представление о том, каким потенциалом обладают электростатические силы отталкивания и до каких скоростей они могут разогнать заряженные частицы при условии очищения ионизированного азота от свободных электронов, выбитых из газа, при помощи излучения. Надо всего лишь ионизировать газ и отвести как выбитые свободные электроны, так и отрицательные ионы кислорода. Например, в атмосферу. Даже если аэроионы на выходе из сопла Левеля и будут контактировать с воздухом, на скорость истечения из сопла это не повлияете так как аэроионы ускорились в недрах двигателя. Таким образом можно создать аппарат способный летать в атмосфере без гигантских запасов горючего топлива.

Эпилог.

Вот где-то так и должен быть устроен ракет план. Брать для разгона атмосферный воздух. А при выходе за пределы стратосферы уже использовать воздух, запасенный ранее в дополнительных баках. Увы полностью отказаться от рабочего вещества для реактивного движения вряд ли возможно. Но отказаться от первой разгонной ступени, вполне. Далее после того, как ракет план выйдет на орбиту. Он сможет вновь войти в атмосферу набрать воздух из атмосферы и повторно выйти в космос. И делать так столько сколько понадобится при условии наличия мощного источника электрического тока.

Литература.

1.Инженер из России придумал новый плазменный двигатель. https://www.youtube.com/watch?v=lkUPt31uJSU&t=76s

2,Glinka N.L. Obshchaya khimiya. 30 izd., ispr. -- M.: Akademiya, 2003. -- 728 s.

3.УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ КИСЛОРОДА ИЗ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА С.Ю. Бузоверов
https://cyberleninka.ru/article/n/ustroystvo-dlya-vydeleniya-kisloroda-iz-atmosfernogo-vozduha/viewer

4.Электромагнитное излучение.Материал из Википедии - свободной энциклопедии. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%B8%D0%B7%D0%BB%D1%83%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5

7. Левитация над Землей путем электростатики http://www.sciteclibrary.ru/cgi-bin/yabb2/YaBB.pl?num=1446035268/33

Комментарии: 6, последний от 10/04/2021. © Copyright Lem Andrew (biomarket@ukr.net) Размещен: 13/01/2020, изменен: 27/04/2021. 20k. Статистика. Статья: Изобретательство Летательные машины Иллюстрации/приложения: 21 шт. Скачать FB2		Ваша оценка:

Lem Andrew : другие произведения.

Двигатель для Ракетоплана