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

Тимофей Кочкар
РБК
Взлет DJI: как китайский стартап подарил миру съемку с воздуха
Владимир Гаврилов, Станислав Федоров
Известия
Чек за бортом: авиакомпании заявили о рисках банкротств из-за долгов за лизинг
Антон Белый
Известия
Крылатые модели: в РФ создают «летающие грузовики» для нефтяников
Илья Словесный
Деловой Петербург
Российские власти озаботились ущемлением прав авиапассажиров
Сергей Гурьянов
Известия
Предполетная высота: сможет ли ФАС снизить цены на продукты в аэропортах
Александр Шиханов
Российская газета
Ярославский аэропорт может стать крупным транспортным хабом
Кирилл Комаров
Профиль
Теряют небо: как традиционные авиакомпании проигрывают лоукостерам
Андрей Коршунов
Известия
Внеземное разом: российские ученые будут искать жизнь на Венере



Анастасия Львова
РБК
Авиаторы поспорили о судьбе ГЛОНАСС в воздушной навигации
Дмитрий Маракулин, Евгений Петров
Деловой Петербург
У ЮниКредит Банка возникли разногласия с оператором Пулково
Антон Белый
Известия
Взлетный состав: ученые создали сверхпрочные полимеры для авиапрома
Кирилл Соколов, Михаил Добрунов
РБК
Не полетевший в космос Бабкин попросил Путина о независимой медкомиссии
Илья Словесный
Деловой Петербург
Налетят отовсюду: авиакаботаж может привести к поглощению российских компаний
Динара Прокопьева
Татар-Информ
Вертолет Aurus и производство Ту-214: что Мантурову показали на авиапредприятиях в Казани
Вера Басилая
Взгляд
Главный конструктор объяснил необычный облик нового российского беспилотника
Анастасия Львова, при участии Дарья Молоткова
РБК
ВЭБ выставил на аукцион простаивающий в Жуковском Superjet
Алексей Блинов
РБК
Минуя Москву: жители регионов России стали чаще летать через Казань
Марина Журавлева
РБК
Что будет способствовать развитию рынка гражданских беспилотников
Владимир Гаврилов, Станислав Федоров
Известия
Пилотный график: «Аэрофлоту» вынесли предостережение из-за переработок экипажей
Моника Хантер-Харт
Forbes
Как фирма иммигрантки из Турции обошла Boeing в разработке самолетов «Судного дня»
Владислав Новый
Forbes
Заоблачные перестановки: «Роскосмос» сменил куратора закупок спутниковых снимков
Анастасия Николаева
Интерфакс
Вместо МКС: когда будет развернута новая орбитальная станция, и кто первым полетит на нее?
Анастасия Львова
РБК
«Почта России» раскрыла стоимость доставки грузов беспилотниками
Наталья Башлыкова
Известия
В диапазоне комфорта: в РФ выделят радиочастоты для Wi-Fi в самолетах, кораблях и поездах
Андрей Коршунов
Известия
Небесное дело: российские роботы освоят Луну в следующем десятилетии
Валерий Филоненко
Парламентская газета
Полет аномальный: цены на авиаперевозки за неделю взлетели на 6,5 процента
Анна Балашова, при участии Петр Канаев, Евгения Стогова
РБК
«Роскосмос» заинтересовался оператором спутников для телевидения
Анастасия Морозова
Forbes
СМИ узнали о планах кабмина выделить 11 млрд рублей на защиту аэропортов от дронов
Дмитрий Корнев
Известия
Китайский форсаж: как КНР создает самолеты пятого поколения
Михаил Миронюк
Известия
Летное бремя
Джереми Богайски
Forbes
Как строительство частной космической станции обернулось для Axiom Space проклятием
Мария Недюк
Известия
Взошли с орбит: рекорд космонавтов на МКС откроет путь к полетам на Марс
Владимир Мазенко
"Комсомольская правда"
В России резко выросли цены на авиабилеты: В чем причины и насколько подорожают полеты в 2025 году
Валерий Кодачигов
Известия
Орбитальная инстанция: проект по созданию в РФ аналога Starlink обойдется в 445 млрд

Деловой Петербург
Пулково полетел на российском софте
Маргарита Грошева
РБК
Ведущие вузы увеличили набор на программы по беспилотникам
Марина Киселева
Парламентская газета
В Росавиации рассказали, как пассажирам компенсируют задержку рейса
Анастасия Львова, Яна Баширова
РБК
Авиадиспетчеры пожаловались на новую обязанность следить за птицами
Андрей Коршунов
Известия
Поле риска: экипаж Polaris Dawn испытает новые технологии и скафандры
Наталья Башлыкова
Известия
Полетный проект: сертификат эксплуатанта станет обязательным для авиаэкскурсий
Денис Гриценко, Андрей Коршунов, Евгения Перцева
Известия
Заблудший спутник: владельцев космических объектов обяжут ставить их на учет
Евгений Берсенев
Свободная Пресса
Китайский СОМАС С919 пошел по пути нашего «Суперджета», и это не лучший вариант
Альберт Калашян
Известия
Первым делом перелеты: Россия и Ливан работают над прямым авиасообщением
Юлия Леонова
Известия
Первый элемент: БПЛА на водороде защитит стратегическую инфраструктуру
Владимир Гаврилов, Павел Вихров, Станислав Федоров
Известия
Топливный баг: перевозчики предупредили о последствиях высоких цен на авиакеросин
Дмитрий Корнев
Известия
Боевой разворот: каким будет новый самолет компании «Яковлев»
Анастасия Львова
РБК
Самолет «Байкал» предложили покупать по цене почти втрое выше базовой
Антон Белый
Известия
Призрачный вираж: ученые из РФ создали цифровой полигон для тестов БПЛА
Илья Словесный
Деловой Петербург
Долетались: для авиадебоширов хотят создать единый чёрный список
Евгений Слюта
Известия
Лунная находка

 

 

 

 

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

ЭКСПОРТ НОВОСТЕЙ/RSS


© Aviation Explorer