ОПИСАНИЕ ПРОЕКТА «ДВИГАТЕЛЬ ИМПЛАЗ»
Проект «Двигатель ИМПЛАЗ»
предусматривает разработку и внедрение сверхэкономичных
и экологически чистых углеводородных плазмо-импульсных
двигателей.
На основе многолетних
теоретических и экспериментальных изысканий авторов
сформулирована и апробирована в лабораторных условиях
плазмо-импульсная и ударно-волновая технологии получения
прямой тяги с высоэффективным преобразованием внутренней
энергии молекулярной газообразной или жидкой среды
(вещества) в полезную работу.
В качестве энергонесущего вещества
могут использоваться исходные промышленные вещества
(газообразные, жидкие) в смеси с атмосферным воздухом
(углеводородные топлива - пропан, бутан, метан, бензин,
спирты, эфир и др., а также, в дальнейшем,
монокомпонентные (вода, газы - воздух, азот, водород и
др.), в смеси с атмосферным воздухом. Энергонесущее
вещество может готовиться по мере расходования или
хранится с применением нанотехнологий.
1. Введение
Отечественный и мировой опыт
показывают, что, не смотря на значительный прогресс,
существующая технология реактивных двигателей на
протяжении последних десятилетий по-прежнему развивается
по все более ресурсно-затратному количественному пути.
Эта технология уже не содержит качественно новых решений
с целью радикального повышения энергетической
эффективности традиционных реактивных двигателей.
При многовековой эксплуатации
реакции простого сгорания химического топлива, науке и
практике никак не удается повысить КПД у традиционных
тепловых теплотехнических устройств любого назначения
свыше 30-35%. Необходим качественный переход на новую
энергетическую технологию, основанную на физических
принципах силового взаимодействия сильно неравновесных
сред, т.е. использование новых реакций.
Программа «ИМПЛАЗ» ставит своей
целью продвижение в практику предлагаемой выше
энергетической технологии, что дает реальный шанс уже в
ближайшем будущем при создании транспортных и
электроэнергетических экологически чистых,
низко-теплоизлучательных технических устройств улучшить
для начала в 2-3 раза их энергетическую эффективность,
т.е. экономичность, по сравнению с традиционными
методами.
Такая возможность может радикально
сказаться на развитии транспортных средств и систем во
всех областях применения: от подводной до космической, а
также в электроэнергетике.
2. Суть технологии
В двигателе «ИМПЛАЗ» применены две
прогрессивные, малоизученные и не используемые в
практике новые технологии. Это эндотермическая реакция
распада молекулярной структуры исходного вещества и
ударно-волновые взаимодействия сильно неравновесных
сред.
Первая технология позволяет
осуществлять энергонакопительный физический лавинный
процесс эндотермической реакции холодного распада
устойчивой молекулярной структуры исходного вещества до
уровней структур свободных радикалов, возбужденных и
активированных атомов, ионного состояния и, как можно
ожидать в перспективе, более глубокого неравновесного
состояния. В процессе реакции происходит создание
упорядоченных динамических наноструктур и организация
квантованного усиления энергетических свойств до
необходимого уровня. Особенностью этой реакции является
то, что она развивается при температурах и давлениях
близких к нормальным атмосферным, сопровождается
безизлучательным (безтепловым) накоплением энергии с
получением прямых силовых и электродинамических
эффектов. Процесс реализуется особым способом, в
техническом устройстве - реакторе. Реакция, названная «микроимплозией»,
управляется по масштабу и времени.
Вторая технология позволяет
преобразовать накопленную в исходном веществе энергию в
полезную работу. Полученное сильно неравновесное,
возбужденное и активированное исходное вещество
подвергается, например, ударно-волновому сжатию в
полузамкнутых полостях (ПЗП) с одновременной
рекомбинацией вещества, что создает огромный силовой
эффект, т.е. силу тяги. Особенностью этой технологии
является то, что при работе двигателя отсутствует
реактивная струя и почти вся энергия полученного
энергонасыщенного вещества преобразуется в полезную
работу.
Обе технологии имеют существенно
большую энергетическую эффективность процессов по
сравнению к применяемыми сегодня в технике, что
позволяет в разы повысить КПД двигателя «ИМПЛАЗ» по
отношению к существующим реактивным.
3. Основные качественные и
количественные показатели двигателя
Применение новых реакций и
технологий позволило существенно увеличить все
качественные и количественные показатели реактивного
двигателя.
Качественные показатели:
- отсутствие вращающихся
механических деталей;
- высокие силовые параметры;
- супер высокая экономичность
по исходному энергонесущему веществу;
- экологическая чистота;
- низкая металлоемкость;
- всеядность по видам
используемого энергонесущего вещества;
- малый вес;
- потребный уровень
производства вполне обеспечивается уровнем развития
современных технологий: машиностроительной,
электротехнической, электронной, производства
материалов и т.д.
Экспериментальный плазменный
двигатель без струи СГ-300 диаметром 300мм дает
импульсную тягу до 250 кг. Расход топлива в 2-3 раза
меньше существующих двигателей, что позволяет увеличить
время его действия во столько же раз по сравнению с
традиционным авиационными турбореактивными двигателями.
Увеличение мощности и тяги двигателя при применении в
конкретных устройствах возможно путем модульного
агрегатирования или конструктивного масштабирования.
На рисунках 1 и 2 показана работа
экспериментального двигателя ИМПЛАЗ на стенде.
Рисунок 1. Работа двигателя
СГ-300-ККК на стенде
Рисунок 2. Работа двигателя
СГ-250-16Г на стенде.
Главная руководящая концепция,
избранная авторами в поисках решения, основана на логике
контрпозиции по отношению к технической идеологии
традиционного реактивного двигателя, т.е. использовании
процессов и технических решений, которые обычно не
применяются в схемах сопловых реактивных двигателей.
Например, последовательность
осуществления стадий рабочего цикла в трактах нового
двигателя имеет обратную направленность по отношению к
направленности протекания процессов в традиционном
сопловом РД, т.е. от минимального давления и температуры
в камере сгорания (реакторе) с максимизацией этих
параметров к выходному сечению двигателя (рисунок 3,
линия 2). В схеме реализуется сочетание ряда гармонично
связанных и известных физических процессов, таких как
неравновесная диссоциация топлива, закономерности
пиродинамики, физики ударных волн, резонансные
гидродинамические явления и т.д.
Проведенные многовариационные
испытания различных конструктивных образцов двигателей
подтверждают высокую эффективность используемых
технологий (рисунок 4).
Рисунок 4.
Предложенный авторами,
обоснованный теоретически и экспериментально новый метод
создания тягового реактивного усилия с такими
перспективными возможностями мировой практике не
известен. Принцип действия, физические процессы и
конструктивное воплощение разработанного реактивного
механизма для создания тяги находятся в полном
соответствии с основами фундаментальной науки. Уровень и
состояние готовности метода к практическому освоению
опережает мировые разработки на несколько лет. При этом
в методе, по его физической сути, содержится достаточная
стратегическая техническая глубина дальнейшего повышения
энергосиловой и эксплуатационной эффективности новых
реактивных двигателей в процессе их текущего
технологического освоения.
Проект «Двигатель ИМПЛАЗ»
ориентирован на использование движителя для обеспечения
движения автомобиля, катера, аппаратов малой авиации,
т.е. экипажа, потребляющего мощность до 100-150 кВт.
4. Сравнение с аналогами
Проблема обеспечения транспортных
систем, начиная от наземных и кончая космическими,
дешевыми, экологически чистыми и высокоэкономичным
двигателями с каждым годом обостряется. В связи с этим
необходимость разработки и создания новых двигателей с
потребительскими качествами более высокого уровня
становится реально рыночно востребованной. Особенно
большая потребность возникает в транспортировке
пассажиров и грузов в отдаленные и труднодоступные
районы страны.
Данный раздел составлен по
материалам маркетингового исследования программы «ИМПЛАЗ»
с объемом документа в 50 страниц и обзора перспективных
проектов движителей и энергоустановок с объемом
документа в 51 страницу.
Маркетинговые исследования
указывают на наличие развитого по типажу и по масштабу
рынка реактивных двигателей. Тем не менее, все
выпускаемые и перспективные реактивные двигатели подошли
к границе своих технических возможностей и идет
настоящая борьба за улучшение, но лишь на сотые доли
процента. В результате существенно усложняются
конструкции, что, в свою очередь, увеличивает количество
техногенных аварий. Если говорить о преодолении земного
тяготения и выхода за пределы атмосферы и далее в
космос, то современные ракеты-носители не могут
доставить на орбиту полезный груз массой превышающей 5-6
% от многотысячетонного стартового веса ракеты
(недостаточная тяговооруженность носителя), что влечет
за собой и высокую стоимость, и экологическую
загрязненность и, кроме того, особенно для Российской
космонавтики, проблемы вынужденного высокоширотного
старта ракет. А уж серьезно говорить о дальнем космосе
пока и не приходится.
В сравнении участвовали
электрические ракетные двигатели (ЭРД), химические
авиационные двигатели (ХАД), химические ракетные
двигатели (ХРД) и двигатель «ИМПЛАЗ-СГ».
Рисунок 5.
На рисунке 5 показано сравнение
двигателей по экономичности (удельному импульсу в
секундах, т.е. какую тягу создает 1 кг расходного
топлива кг/(кг/с) или сек) и по развиваемому тяговому
усилию (тяга в килограммах).
Двигатель «ИМПЛАЗ-СГ» экономичнее
авиационных двигателей в 10 раз, ракетных двигателей в 2
раза и подходит к зоне эффективности электроракетных
двигателей (ЭРД). В ближайшей перспективе удельный
импульс может быть увеличен в 2 раза.
По величине тяги двигатель «ИМПЛАЗ-СГ»
сразу превысил уровень лучших ЭРД, развивающих тягу в
60-150 грамм. В сравнении с маршевыми авиационными и
ракетными двигателями, на данном этапе работ, двигатель
«ИМПЛАЗ-СГ» не имеет хороших тяговых параметров по
причине малой мощности, которая будет увеличиваться в
перспективе по мере совершенствования и масштабирования.
Рисунок 6.
На рисунке 6 сравниваются значения
тяговооруженности двигателей, т.е. во сколько раз тяга,
развиваемая двигателем, превышает массу самого
двигателя.
Тяговооруженность двигателя «ИМПЛАЗ-СГ»
(равна 0,02 - 2,0 кг/кг) в десятки раз превышает
параметры электроракетных двигателей (ЭРД – не более
0,003 кг/кг) и с увеличением мощности приблизится к
химическим авиационным двигателям.
Рисунок 7.
На рисунке 7 более детально
показано сравнение двигателя «ИМПЛАЗ-СГ» с действующими
и разрабатываемыми электрическими реактивными
двигателями (ЭРД). Видно, что получаемая на
экспериментальном двигателе тяга (см. ось Х) существенно
лучше, чем у самых перспективных будущих образцов ЭРД.
Также видно, что потребляемая мощность двигательной
установки для ЭРД (см. ось Y) имеет первостепенное
значение по принципу своей работы, что делает их в
несколько раз более энергозависимыми, чем двигатель «ИМПЛАЗ-СГ»,
который имеет стандартную обслуживающую электрическую
схему, не требующую мощных и массивных источников
энергии.
ВЫВОДЫ.
Экспериментальный двигатель «ИМПЛАЗ-СГ»,
имея малую мощность и невысокую технологическую
проработку, сразу занял перспективную нишу в ряду
двигателей прямой тяги, показав следующие параметры:
1) экономичность (более 1000
сек), значительно превышающую химические двигатели
(от 100 до 500 сек) и сравнимую с электрическими
ракетными двигателями (от 1200 до 3000 сек).
2) суммарную тягу (более 0,15
кг) существенно большую, чем у лучших перспективных
ЭРД (до 0,15 кг) и сравнимую с авиационными
двигателями по тяговооруженности.
3) вес установки (до 50кг) и
потребляемую мощность (500Вт) значительно ниже, чем
у ЭРД (от 100кг и от 1 кВт соответственно).
5. Состояние работ по проекту
К настоящему времени
научно-техническим центром «ИМПЛАЗ» по проекту
«Двигатель «ИМПЛАЗ» сделаны следующие работы:
1. Открыт и всесторонне
исследован механизм динамической топологической
организации квантованного усиления мощности любого
физического процесса.
2. Создан и экспериментально
апробирован метод управления плотностью выходной
энергии, извлекаемой из вещества, путем управления
количественным и качественным энергетическим
состоянием плазмы, что является фундаментальным
научным и практическим результатом.
3. Изготовлена серия образцов
экспериментальных плазмо-импульсных двигателей серии
«ИМПЛАЗ-СГ», которые инструментально демонстрируют
их эффективность, по сравнению с традиционными
реактивными двигателями. При технологическом
совершенствовании двигателей повышается их
эффективность (КПД), предел которой не установлен.
4. Проведен системный цикл
конструкторских разработок и многопараметрических
вариационных испытаний с целью нахождения и
подтверждения конструктивных и технологических
решений, которые должны быть заложены в схемы,
конструкцию и технологию опытных образцов
двигателей.
5. Проведена поэлементная
отработка технологических систем: газового питания,
электровозбуждения, энергонакачки и частотного
управления.
6. Созданы специализированные
конструкторское бюро и испытательная лаборатория для
сопутствующей проверки и отработки решений.
6. Этапы развития и области
применения
Применяемые в двигателе ИМПЛАЗ
технологии вносят существенное новшество в принцип
работы и в конструкцию агрегатов, придавая им
качественно новые технические и эксплуатационные
свойства, что, несомненно, повлечет за собой и
качественные изменения в развитии таких отраслей
промышленности как авиастроение, ракетостроение,
транспортная, космонавтика и т.д.
Авторами проекта постоянно
отслеживается и внимательно изучается вся
научно-техническая информация по новым концепциям,
идеям, техническим решениям в области энергосиловых
установок и энергетики. Постоянное участие в конгрессах
и коллоквиумах позволяет до мельчайших подробностей
знать текущее состояние науки и техники в этой области.
Предлагаемый проект на основе
высокой энергетической технологии создает условия для
успешного решения транспортно-энергетической проблемы
радикальным способом, не имеющим аналогов в зарубежной
практике.
Описание этапов проекта.
1 ЭТАП. Демонстрационный
объект – Автономное безопорное устройство (АБУ).
Объект наглядно позволяет показать
преимущества двигателя широкому кругу потребителей и
специалистов на примере перемещения малых грузов. Данные
пример является простым, неоспоримым и понятным фактом
реальности созданного двигателя. Приведен пример
подъемного и тягового демонстрационных устройств.
2 ЭТАП. Демонстрационный
объект – Индивидуальный летательный аппарат
пространственного перемещения (ИЛАПП). Использование
двигателей «ИМПЛАЗ» для перемещения летательных
аппаратов малой авиации в пилотируемом или беспилотном
варианте.
3 ЭТАП. Демонстрационный
объект – Транспортный летательный аппарат
пространственного перемещения (ТЛАПП). Использование
двигателей «ИМПЛАЗ» для обеспечения полета самолета или
других летательных аппаратов, например: самолет-крыла «ЭКИП»,
самолёта безаэродромного базирования «LARK–4».
