Войти
XRS-2200 линейный двигатель Aerospike для программы X-33, испытываемой в космическом центре Стеннис . аэрокосмический двигатель - это тип ракетного двигателя, который поддерживает свои аэродинамическая эффективность в широком диапазоне высот. Относится к классу двигателей с компенсатором высоты . Транспортное средство с аэродинамическим двигателем потребляет на 25–30% меньше топлива на малых высотах, где в большинстве миссий больше всего требуется тяга. Двигатели Aerospike изучались в течение ряда лет и являются базовыми двигателями для многих одноступенчатых двигателей с выводом на орбиту (SSTO), а также были сильным соперником для главного двигателя Space Shuttle. Однако такой двигатель не находится в серийном производстве, хотя некоторые крупномасштабные аэроскачки находятся на стадии испытаний.
Терминология в литературе по этой теме несколько сбивается с толку - термин «аэрошипайк» изначально использовался для обозначения усеченного сопло заглушки с очень грубым конусом и небольшим впрыском газа, образующим «воздушный шип», помогающий восполнить отсутствие хвостовой части заглушки. Однако часто насадку с заглушкой во всю длину теперь называют аэродинамической шайбой.
Назначение любого колокола двигателя - направить выхлоп ракетного двигателя в одном направлении, создавая тягу в противоположное направление. Выхлоп, высокотемпературная смесь газов, имеет эффективно случайное распределение импульса (то есть выхлоп толкается в любом направлении). Если выхлопу позволяют выходить в такой форме, только небольшая часть потока будет двигаться в правильном направлении и, таким образом, будет способствовать поступательной тяге. Колокол перенаправляет выхлоп, движущийся в неправильном направлении, чтобы он создавал тягу в правильном направлении. Давление окружающего воздуха также оказывает небольшое давление на выхлоп, помогая ему двигаться в «правильном» направлении при выходе из двигателя. Когда автомобиль движется вверх через атмосферу, давление окружающего воздуха снижается. Это приводит к тому, что выхлоп, создающий тягу, начинает расширяться за пределы края раструба. Поскольку эти выхлопные газы начинают двигаться в «неправильном» направлении (то есть наружу от основного выхлопного шлейфа), эффективность двигателя снижается по мере движения ракеты, потому что эти выхлопные газы больше не влияют на тягу двигателя. Ракетный двигатель с воздушной ракетой стремится устранить эту потерю эффективности.
Сравнение конструкции ракеты-носителя (слева) и ракеты-носителя (справа) Вместо того, чтобы выпускать выхлоп Из небольшого отверстия в середине раструба двигатель с воздушным шипом избегает этого случайного распределения, стреляя по внешнему краю клиновидного выступа, «шипа», который выполняет ту же функцию, что и традиционный моторный звонок. Шип образует одну сторону «виртуального» колокола, а другая сторона образована внешним воздухом - таким образом, «аэрозольный шип».
Идея конструкции аэро шипа заключается в том, что на небольшой высоте окружающее давление сжимается выхлоп против шипа. Рециркуляция выхлопных газов в основной зоне шипа может поднять давление в этой зоне почти до атмосферного. Поскольку давление перед автомобилем является окружающим, это означает, что выхлоп у основания шипа почти уравновешивается сопротивлением, которое испытывает автомобиль. Он не дает общей тяги, но и эта часть сопла не теряет тягу из-за образования частичного вакуума. Тягу в базовой части сопла на малой высоте можно не учитывать.
По мере подъема транспортного средства на большую высоту давление воздуха, удерживающего выхлоп на шипе, уменьшается, как и сопротивление впереди транспортного средства.. Зона рециркуляции у основания шипа поддерживает давление в этой зоне на уровне 1 бар, выше, чем почти вакуум перед транспортным средством, тем самым обеспечивая дополнительную тягу с увеличением высоты. Это эффективно действует как «компенсатор высоты» в том, что размер колокола автоматически компенсирует падение давления воздуха.
Недостатками аэрошипа является дополнительный вес для шипа. Кроме того, большая охлаждаемая площадь может снизить производительность ниже теоретического уровня за счет снижения давления на сопло. Аэродинамические шипы относительно плохо работают в диапазоне Маха 1–3, когда воздушный поток вокруг транспортного средства снижает давление, тем самым уменьшая тягу.
Несколько версий конструкции существуют, различаются по форме. В тороидальном аэродинамическом шипе шип имеет форму чаши с выхлопом, выходящим в виде кольца вокруг внешнего обода. Теоретически это требует бесконечно длинного шипа для максимальной эффективности, но, выдув небольшое количество газа из центра более короткого усеченного шипа (например, base bleed в артиллерийском снаряде), можно добиться чего-то подобного..
В линейном аэродинамическом шипе шип состоит из клиновидной клиновидной пластины, выхлопной газ которой выходит с обеих сторон на «толстом» конце. Преимущество этой конструкции состоит в том, что ее можно штабелировать, что позволяет размещать несколько двигателей меньшего размера в ряд для создания одного двигателя большего размера, одновременно повышая характеристики рулевого управления за счет использования индивидуального управления дроссельной заслонкой двигателя.
Rocketdyne в 1960-х годах провела длительную серию испытаний различных конструкций. Более поздние модели этих двигателей были основаны на их высоконадежных двигателях J-2 и обеспечивали те же уровни тяги, что и обычные двигатели, на которых они были основаны; 200 000 фунт-сил (890 кН ) в модели J-2T-200k и 250 000 фунтов силы (1,1 МН) в модели J-2T-250k (T обозначает тороидальную камеру сгорания). Тридцать лет спустя их работа была возрождена для использования в проекте NASA X-33. В этом случае использовался слегка модернизированный двигатель J-2S с линейным шипом, создавая XRS-2200. После доработки и значительных испытаний этот проект был отменен, когда композитные топливные баки X-33 неоднократно выходили из строя.
CSULB аэрокосмический двигатель Три двигателя XRS-2200 были построены во время программы X-33 и прошли испытания в космическом центре Стеннис НАСА. Одномоторные испытания прошли успешно, но программа была остановлена до завершения испытаний двухмоторной установки. XRS-2200 обеспечивает тягу 204 420 фунтов-силы (909 300 Н) при Isp 339 секунд на уровне моря и тягу 266 230 фунтов-силы (1184 300 Н) при I sp 436,5 секунд в вакууме.
Линейный аэрокосмический двигатель RS-2200 был создан на основе XRS-2200. RS-2200 должен был питать одноступенчатый орбитальный аппарат VentureStar . Согласно новейшей конструкции, семь RS-2200 мощностью 542 000 фунтов силы (2410 кН) каждый выведут VentureStar на низкую околоземную орбиту. Разработка RS-2200 была официально остановлена в начале 2001 года, когда программа X-33 не получила финансирования Space Launch Initiative. Lockheed Martin предпочла не продолжать программу VentureStar без какой-либо финансовой поддержки со стороны НАСА. Двигатель этого типа выставлен на открытом воздухе на территории Центра космических полетов имени Маршалла НАСА в Хантсвилле, штат Алабама.
Тороидальная аэрокосмическая насадка НАСА Отмена федеральным правительством Lockheed Martin X-33 в 2001 году снизила доступность финансирования, но аэрокосмические двигатели остаются областью активных исследований. Например, важной вехой стало то, что совместная академическая / отраслевая группа из Калифорнийского государственного университета, Лонг-Бич (CSULB) успешно провела летные испытания аэрокосмического двигателя с жидкостным ракетным двигателем в Мохаве. Desert 20 сентября 2003 года. Студенты CSULB разработали свою ракету Prospector 2 (P-2) с использованием аэрокосмического двигателя LOX / этанола мощностью 1000 фунтов f (4,4 кН). Эта работа над авиашоу-двигателями продолжается; Десятикамерный двигатель «Проспектор-10» был испытан 25 июня 2008 года.
Сравнение характеристик сопла колокола и сопла аэродвигателя Дальнейший прогресс был достигнут в марте 2004 года, когда прошли два успешных испытания спонсируется Центром летных исследований НАСА Драйден с использованием мощных ракет, произведенных в Карлсбаде, Калифорния. Сопла и твердотопливные ракетные двигатели были разработаны и изготовлены подразделением ракетных двигателей к северу от Торонто, Онтарио. Две ракеты работали на твердом топливе и оснащались тороидальными аэрокосмическими соплами без усеченной формы. Пролетая в Центре аэрокосмических разработок округа Пекос, Форт Стоктон, штат Техас, ракеты достигли апогея в 26 000 футов (7900 м) и скорости около Маха 1,5.
Разработка маломасштабного аэрокосмического двигателя с использованием гибридной ракеты конфигурации топлива продолжалась членами Общества исследования реакции.
В июле 2014 года Firefly Space Systems объявила о своей планируемой пусковой установке Alpha, на первой ступени которой используется аэрокосмический двигатель. Предназначенный для рынка запуска малых спутников, он предназначен для запуска спутников на низкую околоземную орбиту (НОО) по цене 8–9 миллионов долларов США, что намного ниже, чем у обычных пусковых установок.
Firefly Alpha 1.0 была разработана для перевозки грузов массой до 400 кг (880 фунтов). Он использует углеродные композитные материалы и использует одинаковую базовую конструкцию для обеих ступеней. Штыревой аэрокосмический двигатель развивает тягу в 400 кН. Двигатель имеет колоколообразное сопло, которое было разрезано пополам, а затем растянуто, образуя кольцо, при этом половинное сопло теперь формирует профиль пробки.
Ракета этой конструкции не запускалась. От проекта отказались после банкротства Firefly Space Systems. Новая компания Firefly Aerospace заменила двигатель Aerospike обычным двигателем в конструкции Alpha 2.0.
В марте 2017 года ARCA Space Corporation объявила о своем намерении построить одноступенчатую ракету с выводом на орбиту под названием Haas 2CA с использованием линейного аэрокосмического двигателя.. Ракета предназначена для отправки на низкую околоземную орбиту массой до 100 кг по цене 1 миллион долларов США за запуск. Позже они объявили, что их двигатель Executor Aerospike будет производить 50 500 фунтов силы (225 кН) тяги на уровне моря и 73 800 фунтов силы (328 кН) тяги в вакууме.
В июне 2017 года ARCA объявила что они будут запускать свою ракету Demonstrator3 в космос, также используя линейный аэрокосмический двигатель. Эта ракета была разработана для тестирования нескольких компонентов Haas 2CA по более низкой цене. Они объявили о полете на август 2017 года. В сентябре 2017 года ARCA объявила, что после задержки их линейный аэрокосмический двигатель был готов к наземным испытаниям и летным испытаниям на ракете Demonstrator3.
20 декабря 2019 года, ARCA провела испытания аэрокосмического ракетного двигателя LAS 25DA для системы Launch Assist.
Была разработана еще одна концептуальная модель шипового двигателя, разработанная KSF Space and Interstellar Space в Лос-Анджелесе. для орбитального корабля SATORI. Из-за отсутствия финансирования концепция все еще не разработана.
Rocketstar планировала запустить свою напечатанную на 3D-принтере аэрокосмическую ракету на высоту 50 миль в феврале 2019 года.
 | На Викискладе есть материалы, связанные с ракетой Aerospike двигатели. |
