Турбореактивные технологии на микроуровене

14.11.2019

Турбореактивные технологии на микроуровене

В России первый коммерческий микротурбореактивный двигатель собственной разработки появился совсем недавно, в конце 2016 года. О его создании мы пообщались с руководителем этого проекта Сергеем Журавлёвым.

 

– Сергей, скажите, на какие знания и технологии вы опирались при разработке своего двигателя?

К тому моменту, когда мы подошли к вопросу создания собственной микротурбины, в нашей команде было несколько человек, вышедших из авиационной сферы. Однако двигателестроением мы профессионально не занимались, поэтому, естественно, столкнулись с необходимостью изучить весь тот опыт, который был наработан по этой тематике до нас.

В результате выяснились достаточно любопытные вещи. Оказалось, что реактивные двигатели для моделирования в своём развитии прошли определённый эволюционный этап, но никакой научной школы, которая бы формировала термодинамику или аэродинамику в малых объёмах при этом не возникло. Складывалось ощущение, что все те конструкции малых двигателей, которые мы проанализировали, были сделаны путём только лишь опытно-конструкторских работ. То есть разработчики брали большой двигатель, геометрически его масштабировали, а потом физически смотрели, какие при этом возникли проблемы, и пытались их устранить – где-то что-то подкручивали, где-то что-то заменяли, где-то что-то совершенствовали. Я не берусь утверждать, что мы изучили всё, но, по крайней мере, те двигатели, которые смогли найти и посмотреть, имели примитивную камеру сгорания и примитивную топливную систему. В силу использования примитивных материалов циклы эксплуатации этих двигателей были очень короткими. С другой стороны, свою функцию эти двигатели выполняли. Один полёт модели длится в среднем 3-5 минут. Двигатель в таком режиме способен отработать 20-30 циклов. Но в течение этого времени уже сама модель, как правило, либо разбивается, либо изнашивается. То есть как таковой потребности в более совершенном двигателе не было, поэтому никакой науки вокруг него и не возникло.

 

– Но если науки как таковой здесь ещё нет, то каким путём пошли вы? Как и другие разработчики, «оттолкнулись» от больших двигателей?

Мы попробовали позаниматься матмоделированием, в результате чего разработали ряд моделей с оценкой термодинамических позиций. Посмотрели алгоритмы и ушли в совершенно другую логику управления рабочими процессами в двигателе по сравнению с той, которую увидели при анализе имевшихся в доступе конструкций. На всё про всё у нас ушло примерно два года. Затем в марте 2016-го мы приняли решение изготовить опытный образец двигателя, и осенью того же года он уже был готов к испытаниям.

 

– В чём была ваша задумка? Выйти на рынок со своим собственным аналогом?

К необходимости разработки собственного микротурбореактивного двигателя мы подошли вовсе не со стороны авиамоделизма.То, чем мы занимаемся на самом деле, – это строительство. Микротурбина же является ключевым элементом нашей идеи об энергосистеме автономного энергопроизводящего дома (хозяйства), то есть дома, не зависящего от внешних монопольных сетей. Анализируя различные варианты исполнения, мы пришли к пониманию того, что в качестве резервного генератора в таком доме микротурбина будет наиболее эффективной.

Мы исходим из того, что рано или поздно эти системы должны стать источниками либо сопутствующей (то есть дополнительной), либо альтернативной энергии. Соответственно, мы выходим на два возможных сценария. Первый из них подразумевает, что к общей электрической сети вы всё-таки подключены, но стоимость дневной электроэнергии достаточно высока, поэтому пики вашего потребления целесообразно сгладить за счёт других, более дешёвых источников. Второй сценарий – это переход на полностью автономную систему, когда другие источники энергии, кроме самостоятельно производимой «альтернативки», у вас отсутствуют.

В том, чтобы создать автономный дом, никаких трудностей сегодня нет. Вопрос состоит только в цене технологий, которые вы будете при этом использовать. Традиционная схема с применением солнечных батарей и ветрогенераторов дорога́. Использование аккумуляторов, необходимых для накопления энергии на случай безветренной и пасмурной погоды, особенно в условиях зимней России, делают её стоимость просто космической. Куда правильнее и дешевле хранить первичную энергию в химической форме, например, – в виде горючих газов. В этом плане очень важен тот факт, что метан, производимый самим автономным домохозяйством из бытовых отходов, позволяет легко закрыть всю его потребность в электроэнергии и тепле на протяжении зимы. Отсюда, собственно говоря, и возникает идея микрогазотурбинной установки. Метан, конечно, можно перерабатывать и привычными газопоршневыми агрегатами (двигателями внутреннего сгорания), но по сравнению с ними микротурбины имеют ряд существенных преимуществ. Например, более высокий КПД, способность работать на плохом (некачественном) газе, очень малые размеры и возможность лёгкой и практически полной звукоизоляции.

Естественным продолжением описанного подхода является философия энергоизбыточности. Для Европы это уже достаточно отчётливо сложившийся тренд: избыточная энергия скупается государством, то есть снижение энергозависимости от внешних источников поддерживается на государственном уровне. Другой вектор развития – объединение локальных производителей энергии с её потребителями, взаимный обмен энергией или её совместное использование. Обмен энергией возникает в тот момент, когда у одного мелкого производителя наблюдается пик потребления, у другого – наоборот, потребление находится на минимуме. То есть если раньше домохозяйство было потребителем энергии (неважно – сетевой или альтернативной), то сейчас наступило пороговое время, когда оно становится производящим звеном, а значит, объединение домохозяйств является не сугубо энергетическим, а потенциально производящим, то есть производственным.

 

– В итоге – каким вам видится рынок сбыта для ваших микротурбин?

Сегментов два: домохозяйства и авиация. При этом в части авиации нам есть куда двигаться и помимо реактивных авиамоделей. Например, несмотря на, казалось бы, бурное развитие беспилотных летательных аппаратов, здесь наметился содержательный кризис. Дело в том, что основную массу БПЛА составляют электрические дроны. Но порог грузоподъёмности у них невелик – что-то около 30 килограммов. Дальше полезную нагрузку наращивать неэффективно: дрона начинает «душить» его же собственный аккумулятор. Максимальная продолжительность полёта электрического беспилотника тоже невысока – в среднем 30 минут. Для устранения этих ограничений разработчики малых и средних БПЛА всё чаще начинают посматривать в сторону реактивных двигателей, которые пока что остаются наиболее мощными энергомашинами. Дальше, конечно, возникает вопрос – как именно их использовать на дроне. Вариации на тему прямотока можно увидеть в «Терминаторе». Помните эту чудо-машину с несколькими реактивными движками? Попробовать сделать нечто подобное можно, но история с синхронизацией реактивной тяги может получиться очень жёсткой. Гораздо легче было бы крутить вентилятор, а значит, возникает потребность в гибридных (на базе турбины) двигателях. Но таковых в авиации сейчас практически нет. Турбовинтовые, с передачей момента через редуктор на конечный движитель (винт) – есть. А гибридов нет.





Источник Просмотров: 33


Интересно? Поделись!

Теги: Дрон, двигатель, движки
Категория: Новости мира техники
uCoz