Топ-100
Сделать домашней страницей Добавить в избранное





Главная Обзоры СМИ Статьи


В посудной плавке: в России создали космический двигатель из керамики


18 августа 2022 года Ольга Коленцова, Известия


Российские инженеры впервые в мире разработали технологию, позволяющую сделать ракетный двигатель из керамики. Предполагается, что он будет выдерживать более высокие температуры, чем деталь из металлических сплавов, и за счет этого станет более эффективным. Кроме того, керамика легче металла, то есть с разработкой можно снизить массу устройства и повысить вес полезной нагрузки. Это позволит ракетам поднимать на орбиту больше грузов при использовании меньшего количества топлива. Также из керамики теперь можно сделать турбины для различных тепловых машин, применяемых в энергетике, считают разработчики.

Российские инженеры впервые в мире разработали технологию, позволяющую сделать ракетный двигатель из керамики. Предполагается, что он будет выдерживать более высокие температуры, чем деталь из металлических сплавов, и за счет этого станет более эффективным. Кроме того, керамика легче металла, то есть с разработкой можно снизить массу устройства и повысить вес полезной нагрузки. Это позволит ракетам поднимать на орбиту больше грузов при использовании меньшего количества топлива. Также из керамики теперь можно сделать турбины для различных тепловых машин, применяемых в энергетике, считают разработчики.

Некоторые любят погорячее

Инженеры из российской компании «Экипо» создали двигатель из керамики, который позволит снизить массу космических аппаратов. Тогда можно будет не только сэкономить на топливе, но и поднять на орбиту больше грузов. Нужного эффекта ученые достигли, научившись сращивать детали из керамики воедино.

Одна из главных характеристик двигателя — так называемый коэффициент полезного действия (КПД). Он показывает эффективность системы в плане преобразования энергии, и чем он выше, тем более экономно расходуется топливо.

Сегодня уровень КПД тепловых двигателей, в том числе двигателей внутреннего сгорания, уперся в технологический потолок. Поднять его за счет изменения конструкции устройства уже практически нереально. Однако можно повысить КПД за счет роста температуры рабочего тела. Проблема в том, что современные двигатели сделаны из металлических сплавов, которые выдерживают температуру максимум 1700 ℃, а чаще их возможностей хватает только на 1200–1400 ℃.

Один из выходов — применять керамику, то есть соединение на основе Al2O3 (оксид алюминия), которое выдерживает 2000 ℃. Главная проблема в том, что для создания такой сложной конструкции, как турбинный двигатель, нужно собрать воедино несколько элементов, рассказали в «Экипо». Ранее считалось, что невозможно «склеить» керамические элементы так, чтобы они представляли собой монолитный образец. Точнее, это вероятно, но полученная конструкция будет очень хрупкой и не выдержит никаких нагрузок.

— Мы сделали образец турбины и реального ракетного двигателя, который получился размером всего с ладонь, — рассказал «Известиям» руководитель проекта по созданию метода склейки керамики Вячеслав Темкин. — На вид в нем ничего необычного, однако сейчас никто в мире подобный двигатель сделать пока не смог. Мы научились сращивать керамику так, чтобы швы были малозаметны, а их прочностные характеристики совершенно не уступали параметрам основного монолитного материала. Даже если разбить полученную конструкцию и изучить под электронным микроскопом, структура шва будет слабо выделяться на фоне структуры основного материала.

Для этого инженеры разработали особую технологию сращивания керамических деталей. Швы промазывают нанопастами и соединяют детали при определенных температурных режимах, учитывающих фазовые переходы в процессе нагрева.

Если сделать из керамики турбинный двигатель, такой же по конструкции, как из металлических сплавов, это повысило бы КПД более чем на 15%. Как объяснили разработчики, это осуществимо за счет повышения температуры рабочего тела и отказа от системы охлаждения.

Как показали испытания, керамические изделия, изготовленные по новой технологии, эффективно выдерживают так называемый термоудар, который возникает в жидкостных ракетных двигателях. Это перепад температур в течение полутора секунд от комнатной до почти 2000 ℃, возникающий при начале работы двигателя. Согласно протоколу испытаний и отчету, переданному «Известиям», элементы турбинного двигателя и прототип маршевого ракетного двигателя (используемого для вывода на орбиту) выдержали более 120 таких термоударов.

Легкие времена

Как говорят эксперты, детали из керамики применимы не только для космоса. В энергетическом машиностроении для генерации энергии, в том числе для портативных электростанций, керамические турбины тоже пригодятся. Они тоже подвергаются воздействию жара, и чем более жаростойким будет материал турбины, тем выше можно делать температуру рабочего тела, тем самым поднимая КПД.

— Безусловно, появившаяся возможность создавать из керамики самые различные по форме и составу конструкции, в том числе и чрезвычайно сложные, существенно расширяет сферы ее применения в самых разных областях, — сказал директор Института нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН Антон Максимов. — Керамические материалы по ряду своих свойств (в частности, по твердости и износостойкости, рабочим температурам, коррозионной стойкости) зачастую существенно превосходят металлы. Это позволяет создавать, например, изделия, выдерживающие не просто большие температуры, но и их колебания. Таким образом, керамические материалы оказываются незаменимы при создании ракетных двигателей, объектов химического и энергетического машиностроения.

Участок изготовления керамической подложки Фото: РИА Новости/Александр Кряжев
В качестве эксперимента разработчики сделали такую турбину из керамики размером с ладонь, работающую на кислородно-керосиновой смеси. Ее мощность — 15 кВт, что, по их словам, позволяет обеспечить электроэнергией четыре квартиры.

Применение керамики позволяет отказаться от систем охлаждения в двигателях, которые утяжеляют и усложняют конструкцию, снижают ресурс. Кроме того, керамика сама по себе легче металла, что также положительно скажется на массо-габаритных характеристиках. По расчетам разработчиков, их двигатель будет на пятую часть легче аналога из металлов.

— Такую технологию начали разрабатывать еще во времена СССР, — сказала «Известиям» ведущий инженер-исследователь корпорации «Российские космические системы» Мария Баркова. — Однако тогда ее не смогли довести до ума, вероятно, не было технических возможностей. Сейчас у российских ученых всё получилось, и можно только порадоваться за них. Сам проект я нахожу очень перспективным, широкая область его применения, от космоса до энергетики, позволяет надеяться на прикладную пользу, как техническую, так и экономическую.

Впрочем, керамика — не только жаропрочный материал, но и довольно хрупкий, заметил руководитель направления «Частная космонавтика» центра «Аэронет» НТИ Роман Жиц.

— В ракетостроении существует много этапов, связанных с вибрациями, и керамика будет очень неустойчивой, попросту рассыпется, — пояснил он.

Сейчас разработчики передали материалы для оценки в «Роскосмос» и КБ «Химмаш», однако согласие на их применение пока не получено.




комментарии (0):













Материалы рубрики

Егор Кулаков
Деловой Петербург
Петербург постепенно обретает статус столицы беспилотных систем
Наталья Ильина
Известия
Авианажим: мошенники прикидываются сотрудниками банков в аэропортах
Анастасия Львова
РБК
Ространснадзор решил перевести проверки авиакомпаний «на цифру»
Илья Максимов
Российская газета
Три российских самолета вошли в топ истребителей с самыми мощными двигателями

Ростех
Пять поколений истребительной авиации
Андрей Коршунов
Известия
Ближний сбой: какие проблемы вскрыла отмена пуска «Союз МС-5»
Игорь Кармазин
Известия
Небо открывается: первая белорусская космонавтка полетит на МКС
Алексей Михайлов, Андрей Федоров, Владимир Матвеев
Известия
Прицелы и средства: летчиков ВМФ научат борьбе с дронами



Григорий Колпаков
Интерфакс
Управление беспилотниками: виды, подготовка пилотов, востребованность профессии
Андрей Коршунов, Мария Недюк
Известия
Ступени развития: к чему приведет потеря ракеты Starship во время испытаний
Валерий Кодачигов, Максим Талавринов
Известия
Пролет нормальный: операторы дронов смогут общаться с экипажами самолетов
Илья Словесный
Деловой Петербург
Рейс задержан: сроки импортозамещения самолётов в России сдвинулись
Андрей Кузмак
Известия
Винительный падёж: Boeing оказался под огнем критики
Алексей Михайлов, Роман Крецул, Андрей Федоров
Известия
Расправить сети: запущена программа ремонта военных аэродромов
Роман Гусаров
NEWS.ru
Минобороны России получит новый самолет Ил-212: что о нем известно
Андрей Коршунов
Известия
Просто в космос: как Юрия Гагарина готовили к полету на Луну
Наталья Пономарева
Интерфакс
Отмена полета. Что делать пассажирам при задержке авиарейса?
Максим Талавринов, Наталья Башлыкова
Известия
Дебошире круг: с самолетов в РФ стали снимать больше деструктивных пассажиров
Евгений Берсенев
Свободная Пресса
Небесный тихоход: МС-21 ждет нелегкая судьба
Анастасия Львова, Валентина Шварцман
РБК
У российских вертолетчиков вскоре истекут все контракты с ООН
Анастасия Львова
РБК
ОАК сдвинула сроки поставок новых гражданских самолетов
Олег Дилимбетов
MASHNEWS
Леса просят дронов. Авиалесоохрана ищет деньги на закупку БАС
Максим Талавринов
Известия
Рейсовая колея: самолеты между Москвой и Питером летом будут летать каждые 15 минут
Алексей Михайлов, Роман Крецул
Известия
Огнем «Прометея»: система С-500 сдала экзамен по борьбе с гиперзвуком
Дарья Молоткова, Герман Костринский
РБК
«Роскосмос» решил продать санатории и недвижимость на ₽11 млрд
Анастасия Львова
РБК
Авиакомпании пожаловались в ФАС на рост аэропортовых тарифов
Елена Балаян
Известия
Вылета нет: россиян не выпустили за границу из-за ошибок в паспорте
Валерия Лобко
Российская газета
В России создадут единую систему контроля за беспилотниками
Валентина Аверьянова
Известия
Крылья Поднебесной: Китай растит конкурента Boeing и Airbus
Алексей Михайлов, Юлия Леонова, Андрей Федоров
Известия
Цели отделены: вертолеты ВМФ научат бороться с надводными дронами
Сергей Гурьянов
Известия
Истина в винте: насколько безопасен вертолетный туризм
Роман Крецул, Алексей Михайлов, Андрей Федоров
Известия
Отвержение ударов: военные аэродромы проверили на прочность
Роман Крецул, Алексей Михайлов, Андрей Федоров
Известия
Охраняющие виды: Севморпуть начнут патрулировать Ту-142
Наталья Башлыкова,Максим Талавринов
Известия
Полет ненормальный: авиакомпании будут штрафовать за недостоверную информацию о билетах
Анастасия Ординян
ИА Регнум
Непосадочный талон. Как овербукинг рушит планы российским авиапассажирам
Тимур Латыпов
«БИЗНЕС Online»
«Татарский» джет: «недобитый» Ту-324 превратят в летающий Aurus
Анастасия Львова,
РБК
Росавиация сообщила о росте числа инцидентов с самолетами из-за птиц
Станислав Федоров, Юлия Леонова
Известия
«Ми» не виноваты: в Росавиации прошли обыски из-за вывоза за рубеж 59 бортов
Анастасия Львова, Герман Костринский
РБК
Ремонт аэропортов предложили финансировать новым сбором с авиакомпаний
Кирилл Комаров
Профиль
"Тушка" в небе: самолеты Туполева вернулись на коммерческие маршруты в России

Известия
120 лет назад родился летчик-испытатель Валерий Чкалов
Виктор Бодров 
ТАСС
Реактивная "летающая парта": каким будет учебно-тренировочный самолет МиГ-УТС
Елена Проколова
Аргументы и Факты
«Они выжили, чтобы их судили». Летчики оценили действия пилотов Falcon 10
Наталья Башлыкова, Максим Талавринов
Известия
Улетный план: пассажирам внутренних рейсов в аэропортах разрешат продажу алкоголя
Евгения Перцева
Известия
Остановили по требованию: «Аэрофлот» обязали отправить людей на Пхукет
Максим Талавринов
Известия
Летательный исход: пилотов разбившегося Falcon 10 лишили «прав»
Станислав Кучушев, Андрей Коршунов
Известия
Орбитальная инстанция: конструктору «российского Хаббла» светит два года
Анастасия Львова
РБК
Пулково попросило ускорить внедрение duty free на внутрироссийских рейсах
Анастасия Львова
РБК
Глава Пулково упрекнул «Аэрофлот» в непредсказуемости его планов
Карашаш Ногаева
Деловой Петербург
Угрозы с неба вынудили предприятия Петербурга и Ленобласти искать защиту от БПЛА

 

 

 

 

Реклама от YouDo
erid: LatgC9sMF
 
РЕКЛАМА ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ АККРЕДИТАЦИЯ ПРЕСС-СЛУЖБ

ЭКСПОРТ НОВОСТЕЙ/RSS


© Aviation Explorer