Струйные энергетические технологии

Кондрашов Б.М.
Москва, Россия

Содержание

Введение

Описание

Способ 1

Способ 2

Способ 3

Способ 4

Заключение

Литература и используемые обозначения

Четвертый способ

В двух предыдущих бестопливных способах преобразования низкопотенциальной энергии внешней среды рабочее тело для образования активной струи сжимали в механическом компрессоре. Рассмотрим варианты его подготовки без предварительного механического сжатия - при ускорении в результате нагрева перед расширением за счёт теплоты различных источников энергии. Например, низкопотенциальным теплом внешней среды в пневмоаккумуляторе. Необходимое давление в замкнутом объёме может быть получено только при расчётной разности температур (перед нагревом) между источником теплоты и нагреваемым рабочим телом. При нагреве низкопотенциальным теплом такую разность можно получать, понижая температуру рабочего тела. Для этого пневмоаккумулятор перед нагревом нужно заполнять отработавшей в предыдущих периодах газовой массой, температура которой зависит от многократности её использования в процессе присоединения и может быть на сотни градусов ниже температуры внешнего источника теплоты. Нагревать низкотемпературную отработавшую массу нужно, по меньшей мере, в двух пневмоаккумуляторах, которые должны поочередно соединяться со струйным устройством после нагрева и отсоединяться для удаления остатков нагретого рабочего тела (при снижении давления ниже расчётного уровня) и очередного заполнения отработавшей массой. Причём в двигателях с открытым циклом при расширении удаляемых остатков можно выполнять полезную работу, например, привод устройств, ускоряющих нагнетание низкотемпературной массы в другой пневмоаккумулятор, а в двигателях с замкнутым циклом - выполнять работу и использовать в следующих периодах процесса присоединения в качестве присоединяемых масс. Для данного варианта нагрева необходимы большой объём пневмоаккумуляторов, а также площадь их рабочей поверхности для теплообмена. Поэтому он может применяться в тех энергетических установках, в которых объём и масса не играют существенной роли, например, в мощных энергетических системах, и не может - в двигателях большинства транспортных средств.

Уменьшить массу бестопливных бескомпрессорных двигателей можно, используя электронагрев рабочего тела в пневмоаккумуляторе высокопотенциальной теплотой - без теплообменного устройства. Электроэнергия для нагрева генерируется за счёт части мощности, получаемой в предыдущих периодах. При этом уменьшается время нагрева, масса и габариты электрогенератора меньше, конструкция проще, чем у компрессора и технологичней, а производство и эксплуатация менее затратны, потери энергии при получении расчётного уровня давления меньше, чем при механическом сжатии рабочего тела. Такой вариант эффективнее варианта нагрева за счёт низкопотенциальной теплоты и позволяет получить удельную мощность большую, чем при механическом сжатии газов.

В другом варианте - при использовании электрореактивного устройства для образования активной струи - низкотемпературную массу в пневмоаккумуляторе нужно нагревать лишь до минимального уровня давления или использовать иной способ, обеспечивающий поступление рабочего тела в это устройство, для последующего ускорения за счёт электроэнергии, генерируемой в предыдущих периодах. Для ускорения рабочего тела в импульсном электрореактивном устройстве можно применять различные методы (термоэлектрический, электромагнитный и т. д.). При его использовании в процессе последовательного присоединения увеличивается скорость активной струи, повышается коэффициент m и удельная мощность бестопливного струйного двигателя.

Если за счёт мощности, полученной в результате преобразований низкопотенциальной энергии внешней среды генерировать электроэнергию для ускорения активной струи и одновременно для внешнего использования, то получается универсальный источник электроэнергии с неограниченной сферой применения. Электрореактивному устройству для образования активной струи в процессе последовательного присоединения необходима лишь одна часть электроэнергии, генерируемой за счёт мощности, полученной в предыдущих периодах этого процесса, а оставшуюся - большую часть можно использовать не только для внешнего потребления в различных целях, но и для дальнейших её преобразований в бестопливных струйных двигателях, обеспечивающих дополнительные свойства, качественные характеристики и сферы их применения. Например, можно использовать в электрореактивном движителе для создания реактивной тяги, в т. ч. с гиперзвуковой скоростью истечения реактивной массы. Если организовать импульсное истечение из электрореактивного движителя, то в атмосфере её можно использовать в эжекторном устройстве этого движителя в качестве активной струи, увеличивая тягу без увеличения массы генератора и т. д. Основное преимущество двигателей, реализующих этот способ, - простота конструкции, надёжность и высокая удельная мощность - качества, необходимые двигателям большинства транспортных средств. Однако, наряду с отсутствием массы топлива и топливных систем (как и во всех типах бестопливных струйных двигателей), эти качества дополнительно увеличивают полезную грузоподъёмность, что делает бестопливные электрореактивные струйные двигатели особенно эффективными в авиации и системах вывода космических аппаратов на орбиту.

Далее >>