Ядерный двигатель для самолета принцип работы

Самолет с ядерным двигателем

С тех пор как стали развиваться ядерные технологии, Соединенные Штаты и Советский Союз исследовали все виды ядерных двигателей. Военно-морские силовые установки для подводных лодок и кораблей, оказались революционными и эффективными. Казалось бы — следующий шаг это самолеты с ядерной установкой.

В Соединенных Штатах была запущена специальная программа по созданию ядерного двигателя для самолета (АНП). Разработкой занимались инженеры General Electric.

Первое с чем столкнулись конструкторы это создание защиты для экипажа. Маленький реактор был практически лишен экранирования. Кроме того, турбореактивный двигатель требовал сложных устройств для передачи тепла от активной зоны реактора к исполнительному механизму. Программа АНП решила большинство проблем экранирования, но только для систем с открытым циклом. Системы с замкнутым циклом, подобные тем, что на борту атомных подводных лодок, где контуры радиоактивного теплообмена остаются изолированными, оказались слишком сложными для той эпохи. Первое поколение атомных самолетов собиралось быть довольно грязным.

Были спроектированы дозвуковой двухпалубный грузовик Convair С-99, реактивный гидросамолет Martin Р6М и стратегический бомбардировщик Boeing B-52, каждый из которых прошел ядерные исследования. Но самым перспективным казалось создание беспилотных ракет с ядерным двигателем. Потратив миллиарды долларов, инженеры General Electric, пришли к выводу о бесперспективности программы, ввиду её высокой экологической опасности. АНП была закрыта в 1961 году.

В СССР аналогичные исследования начались в 1955 году. К началу шестидесятых, в КБ Мясищева было разработано два варианта самолетов с ЯСУ. Они получили названия М-30 и М-60. В КБ Туполева, на базе серийного бомбардировщика ТУ-95 была спроектирована летающая атомная лаборатория ТУ-95ЛАЛ. В 1961 году ТУ-95ЛАЛ выполнил 33 испытательных полета на Семипалатинском полигоне, после чего работы по этой теме в КБ Туполева прекратились. В 70-х годах в СССР была предпринята ещё одна попытка создания атомного самолета, на базе АН-22. Однако, проектирование так и не завершилось.

И в СССР, и в США, при разработке ядерного двигателя для самолета, столкнулись с одними и теми же проблемами. Компактный и мощный ядерный реактор должен быть надежно изолирован от экипажа. Требовалась достаточно сложная и громоздкая конструкция для соединения реактора и двигателя. Для обслуживания необходимо было перестраивать всю инфраструктуру аэродромов, переучивать персонал, создавать специальные хранилища для топлива.

Использование атомных двигателей представляло собой радиационную опасность. В случае аварии возникал риск ядерного взрыва. Всё это приводило к усложнению и удорожанию проектов. В двух странах, независимо друг от друга, были сделаны одинаковые выводы — использование ядерной силовой установки в летательных аппаратах — нецелесообразно.

С развитием новых технологий многое изменилось. Не случайно стали возрождаться давно забытые идеи. Российская крылатая ракета с ядерным двигателем «Буревестник» уже проходит испытания. Подробности остаются тайной, но возможно российским ученым удалось сделать то, что было нереальным четыре десятилетия назад.

Источник

Самолёт на ядерном топливе. Реальность или безумная фантазия?

С первых дней развития авиации, конструкторы разных стран думали о проблемах мощности двигателя, формах и весе самолёта при высокой надёжности и прочности конструкции. Долгое время использовались поршневые двигатели разных схем от рядных до звездообразных. Однако, когда люди научились использовать атом для добычи энергии, встал вопрос – можно ли сделать самолёт на ядерном реакторе?

Предыстория.

Сброс первых в истории ядерных бомб на Хиросиму и Нагасаки стал одним из ключевых факторов начала Холодной войны. СССР и США стремительными темпами развивали ядерные боеголовки, а научные эксперименты показали, что человек может использовать атом в мирных целях. Одними из первых гражданских объектов, где использовали ядерную энергию стали электростанции. Но мало кто знает, что ядерные реакторы хотели использовать для авиации.

Самолёт на ядерном топливе.

Такие самолёты стали нужны из-за необходимости доставлять ядерные бомбы на территорию противника. В первые годы доступным и уже отработанным методом была бомбардировочная дальняя стратегическая авиация. Но самолёт не мог долго находиться над противником, а без прикрытия истребителей бомбардировщик становился весьма уязвимым.

Позже, стратегические бомбардировщики начали отходить на второй план. Появились баллистические ракеты, а подводные лодки смогли нести на борту ядерные торпеды и боеголовки. Тем не менее, в первые годы, акцент был именно на авиацию, так как альтернативные методы доставки ядерных бомб только начали своё развитие.

Самый первый прототип самолёта с ядерным двигателем появился в США. Им стал Convair NB-36H. Его разработка стартовала в 1949 году и продлилась до 1957 года. Для опытного образца ядерного самолёта использовали уже имеющуюся разработку – B-36. Его размеры и грузоподъёмность лучше всего подходили для установки перспективного ядерного двигателя. Кстати о двигателе… На Convair NB-36H использовали прямоточную конструкцию. То есть, воздух попадал в двигатель и проходил через компрессор в ядерный реактор. Там воздух нагревался, проходя через множество отверстий сквозь реактор. Затем, горячий поток воздуха проходил через турбину и покидал двигатель через сопла. Двигатель получился компактным – не многим больше уже имеющихся реактивных турбин, но ядерный двигатель был крайне опасен для окружающей среды. Грязный воздух попадал в атмосферу и угрожал собственным территориям и экологии.

Читайте также:  Норма расхода топлива двигатель volvo

СССР начал работы по собственным атомным самолётам в 1955 году, и в качестве испытательной базы был выбран Ту-95, с дополнительным индексом ЛАЛ. Советский Союз пошёл по другому пути развития ядерного двигателя, используя теплообменивающее устройство. Турбина двигателя была разделена на две части трубопроводом. Входящий воздух, через трубопровод, направлялся в реактор, где разогревался и возвращался в турбину, через трубы с жидким натрием. Дальше всё стандартное – горячий поток воздуха раскручивал турбину, а та в свою очередь – лопасти самолёта, приводя его в движение. Такой двигатель был менее опасен для окружения, но теплообменник был очень большим и тяжёлым, что приводило к необходимости создания абсолютно нового самолёта. Им стал Ту-119, разработка которого стартовала в 1961 году. Для него хотели разработать новый ядерный двигатель, но от него работали бы только две турбины, а две других остались бы на керосиновом топливе. Ту-119 так и не создали…

Защита экипажа.

Ни одна из стран не забывала о безопасности для экипажа и воздействии радиации, которая сильно вредило человеческому организму. Несмотря на то, что самолёты на ядерных двигателях создавали в разных странах, их компоновка практически не отличается, и причина такого совпадения никак не глупость советских инженеров. Каждая из сторон пришла к техническим решениям самостоятельно. В частности, кабины самолётов имели свинцовую оболочку, скрытую под фюзеляжем. Сам двигатель был в задней части бомбового отсека и дополнительно отделялся от экипажа свинцовыми перегородками, но только в сторону кабины. Сам экипаж имел улучшенные дыхательные системы, которые выполняли роль индивидуальной защиты.

Почему ядерные самолёты не запустили в серию?

К началу 60-х годов стало понятно, что авиация значительно проигрывает другим средствам доставки ядерных боеголовок – подводным лодкам и баллистическим ракетам. Первые, могли незаметно подойти к противнику на дистанцию ведения огня, после чего запустить ядерные ракеты по приоритетным целям. В свою очередь баллистические ракеты были куда быстрее, а их развитие привело к созданию многосоставной боевой части. Такая конструкция снижала вероятность поражения боеприпаса.

Если же брать в учёт другие аспекты – например военно-транспортную авиацию, то создание, например, АН-225 на ядерном двигателе требовало бы очень больших затрат, а грузоподъёмность самолёта сильно ухудшалась. Реактивные турбины хорошо справляли со своей задачей и создание принципиально новых силовых агрегатов стало просто ненужным.

В наши дни идут работы над ядерными двигателями для баллистических ракет. С их помощью, боеголовка может значительно быстрее достичь цели, а сам двигатель может стать дополнительным поражающим фактором, в совокупности с ядерным топливом.

Источник

Самолёт с атомным двигателем

Начнем с того, что в 1950-е гг. в СССР, в отличие от США, создание атомного бомбардировщика воспринималось не просто как желательная, пусть даже очень, но как жизненно необходимая задача. Это отношение сформировалось среди высшего руководства армии и военно-промышленного комплекса в результате осознания двух обстоятельств. Во-первых, огромного, подавляющего преимущества Штатов с точки зрения самой возможности атомной бомбардировки территории потенциального противника. Действуя с десятков военно-воздушных баз в Европе, на Ближнем и Дальнем Востоке, самолеты США, даже обладая дальностью полета всего 5-10 тыс. км, могли достичь любой точки СССР и вернуться обратно. Советские же бомбардировщики вынуждены были работать с аэродромов на собственной территории и для аналогичного рейда на США должны были преодолеть 15-20 тыс. км. Самолетов с такой дальностью в СССР не было вообще. Первые советские стратегические бомберы М-4 и Ту-95 могли «накрыть» лишь самый север США и сравнительно небольшие участки обоих побережий. Но даже этих машин в 1957 г. насчитывалось всего 22. А количество американских самолетов, способных наносить удары по СССР, достигло к тому времени 1800! Причем это были первоклассные бомбардировщики-носители атомного оружия В-52, В-36, В-47, а через пару лет к ним присоединились сверхзвуковые В-58.

Во-вторых, задача создания реактивного бомбардировщика необходимой дальности полета с обычной силовой установкой в 1950-е гг. представлялась непреодолимо сложной. Тем более, сверхзвукового, потребность в котором диктовалась стремительным развитием средств ПВО. Полеты первого в СССР сверхзвукового стратегического носителя М-50 показали, что с грузом 3-5 т даже при двух дозаправках в воздухе его дальность едва может достичь 15000 км. Но как дозаправляться на сверхзвуковой скорости, да к тому же над территорией противника, ответить не мог никто. Необходимость дозаправок значительно снижала вероятность выполнения боевой задачи, а кроме того, такой полет требовал огромного количества топлива – в сумме более 500 т для заправляемого и заправляющего самолетов. То есть только за один вылет полк бомбардировщиков мог израсходовать более 10 тыс. т керосина! Даже простое накопление таких запасов топлива вырастало в огромную проблему, не говоря уже о безопасном хранении и защите от возможных ударов с воздуха.

Читайте также:  Схема подключения двигателя через конденсатор к сети 220

В то же время в стране существовала мощная научно-производственная база для решения различных задач применения ядерной энергии. Свое начало она брала от Лаборатории № 2 Академии наук СССР, организованной под руководством И.В.Курчатова в самый разгар Великой отечественной войны — в апреле 1943 г. Вначале главной задачей ученых-ядерщиков было создание урановой бомбы, однако затем начался активный поиск других возможностей использования нового вида энергии. В марте 1947 г. – лишь на год позже, чем в США – в СССР впервые на государственном уровне (на заседании Научно-технического совета Первого главного управления при Совете Министров) подняли проблему использования тепла ядерных реакций в энергосиловых установках. Совет принял решение начать систематические исследования в этом направлении с целью разработки научных основ получения с помощью деления ядер электроэнергии, а также приведения в движение кораблей, подводных лодок и самолетов.

Однако, чтобы идея пробила себе дорогу, понадобилось еще три года. За это время успели подняться в небо первые М-4 и Ту-95, в Подмосковье начала работать первая в мире атомная электростанция, началась постройка первой советской атомной подлодки. Наша агентура в США стала передавать сведения о проводимых там масштабных работах по созданию атомного бомбардировщика. Эти данные воспринимались как подтверждение перспективности нового вида энергии для авиации. Наконец, 12 августа 1955 г. вышло Постановление Совета Министров СССР № 1561-868, предписывавшее ряду предприятий авиационной промышленности начать работы по атомной тематике. В частности, ОКБ-156 А.Н.Туполева, ОКБ-23 В.М.Мясищева и ОКБ-301 С.А.Лавочкина должны были заняться проектированием и постройкой летательных аппаратов с ядерными силовыми установками, а ОКБ-276 Н.Д.Кузнецова и ОКБ-165 А.М.Люльки — разработкой таких СУ.

Наиболее простая в техническом отношении задача была поставлена перед ОКБ-301, возглавлявшимся С.А.Лавочкиным – разработать экспериментальную крылатую ракету «375» с ядерным прямоточным воздушно-реактивным двигателем конструкции ОКБ-670 М.М.Бондарюка. Место обычной камеры сгорания в этом двигателе занимал реактор, работавший по открытому циклу – воздух протекал прямо сквозь активную зону. За основу конструкции планера ракеты были приняты разработки по межконтинентальной крылатой ракете «350» с обычным ПВРД. Несмотря на сравнительную простоту, тема «375» не получила сколько-нибудь значительного развития, а смерть С.А.Лавочкина в июне 1960 г. и вовсе поставила точку в этих работах.

Коллективу Мясищева, занятому тогда созданием М-50, предписывалось выполнить предварительный проект сверхзвукового бомбардировщика «со специальными двигателями главного конструктора А.М.Люлька». В ОКБ тема получила индекс «60», ведущим конструктором по ней назначили Ю.Н.Труфанова. Поскольку в самых общих чертах решение задачи виделось в простом оснащении М-50 двигателями на ядерной энергии, причем работающими по открытому циклу (из соображений простоты), то считалось, что М-60 станет первым в СССР атомным самолетом. Однако уже к середине 1956 г. выяснилось, что так просто поставленную задачу не решить. Оказалось, что машина с новой СУ обладает целым рядом специфических особенностей, с которыми авиаконструкторы никогда ранее не сталкивались. Новизна возникших проблем была столь большой, что никто в ОКБ, да и во всей могучей советской авиапромышленности даже понятия не имел, с какой стороны подойти к их решению.

Первой проблемой стала защита людей от радиоактивного излучения. Какой она должна быть? Сколько должна весить? Как обеспечить нормальное функционирование экипажа, заключенного в непроницаемую толстостенную капсулу, в т.ч. обзор с рабочих мест и аварийное покидание? Вторая проблема – резкое ухудшение свойств привычных конструкционных материалов, вызванное мощными потоками радиации и тепла, исходящими от реактора. Отсюда — необходимость создавать новые материалы. Третья — необходимость разработки совершенно новой технологии эксплуатации атомных самолетов и постройки соответствующих авиабаз с многочисленными подземными сооружениями. Ведь оказалось, что после остановки двигателя открытого цикла ни один человек к нему не сможет подойти еще 2-3 месяца! А значит, есть необходимость в дистанционном наземном обслуживании самолета и двигателя. Ну и, конечно, проблемы безопасности — в самом широком понимании, особенно в случае аварии такого самолета.

Осознание этих и многих других проблем камня на камне не оставило от первоначальной идеи использовать планер М-50. Конструкторы сосредоточились на поиске новой компоновки, в рамках которой упомянутые проблемы представлялись решаемыми. При этом основным критерием выбора расположения атомной силовой установки на самолете было признано максимальное ее удаление от экипажа. В соответствии с этим был разработан эскизный проект М-60, на котором четыре атомных ТРД располагались в хвостовой части фюзеляжа попарно в «два этажа», образуя единый ядерный отсек. Самолет имел схему среднеплана с тонким свободнонесущим трапециевидным крылом и таким же горизонтальным оперением, расположенным на вершине киля. Ракетное и бомбовое вооружение планировалось размещать на внутренней подвеске. Длина самолета должна была составлять порядка 66 м, взлетная масса — превысить 250 т, а крейсерская скорость полета – 3000 км/ч на высоте 18000-20000 м.

Читайте также:  Как почистить утеплитель двигателя

Экипаж предполагалось разместить в глухой капсуле с мощной многослойной защитой из специальных материалов. Радиоактивность атмосферного воздуха исключала возможность использования его для наддува кабины и дыхания. Для этих целей пришлось использовать кислородно-азотную смесь, получаемую в специальных газификаторах путем испарения жидких газов, находящихся на борту. Отсутствие визуального обзора должно было компенсироваться перископами, телевизионным и радиолокационным экранами, а также установкой полностью автоматической системы управления самолетом. Последняя должна была обеспечивать все этапы полета, включая взлет и посадку, выход на цель и т.д. Это логически подводило к идее беспилотного стратегического бомбардировщика. Однако в ВВС настаивали на пилотируемом варианте как более надежном и гибком в использовании.

Ядерные турбореактивные двигатели для М-60 должны были развивать взлетную тягу порядка 22500 кгс. ОКБ А.М.Люльки разрабатывало их в двух вариантах: «соосной» схемы, в которой кольцевой реактор располагался позади обычной камеры сгорания, и сквозь него проходил вал турбокомпрессора; и схемы «коромысло» — с изогнутой проточной частью и выведением реактора за пределы вала. Мясищевцы пытались применить и тот, и другой тип двигателя, находя в каждом из них как преимущества, так и недостатки. Но главный вывод, который содержался в Заключении к предварительному проекту М-60, звучал так: «…наряду с большими трудностями создания двигателя, оборудования и планера самолета возникают совершенно новые проблемы обеспечения наземной эксплуатации и защиты экипажа, населения и местности в случае вынужденной посадки. Эти задачи… еще не решены. В то же время именно возможностью решения этих проблем определяется целесообразность создания пилотируемого самолета с атомным двигателем». Воистину пророческие слова!

Чтобы перевести решение названных проблем в практическую плоскость, В.М.Мясищев начал разработку проекта летающей лаборатории на основе М-50, на которой один атомный двигатель размещался бы в носовой части фюзеляжа. А с целью радикального повышения живучести баз атомных самолетов в случае начала войны было предложено вообще отказаться от использования бетонных ВПП, а атомный бомбардировщик превратить в сверхзвуковую (!) летающую лодку М-60М. Этот проект разрабатывался параллельно сухопутному варианту и сохранял с ним значительную преемственность. Конечно, при этом крыло и воздухозаборники двигателей были максимально подняты над водой. Взлетно-посадочные устройства включали в себя носовую гидролыжу, подфюзеляжные выдвижные подводные крылья и поворотные поплавки боковой устойчивости на концах крыла.

Проблемы перед конструкторами стояли сложнейшие, однако работа шла, и складывалось впечатление, что все трудности можно преодолеть в сроки, существенно меньшие, чем повысить дальность полета обычных самолетов. В 1958 г. В.М.Мясищев по заданию Президиума ЦК КПСС подготовил доклад «Состояние и возможные перспективы стратегической авиации», в котором однозначно утверждал: «. В связи со значительной критикой проектов М-52К и М-56К [бомбардировщики на обычном топливе, – авт.] Министерством обороны по линии недостаточности радиуса действия таких систем, нам представляется полезным сосредоточить все работы по стратегическим бомбардировщикам на создании сверхзвуковой бомбардировочной системы с атомными двигателями, обеспечивающей необходимые дальности полета для разведки и для точечного бомбометания подвесными самолетами-снарядами и ракетами по подвижным и неподвижным целям».

Мясищев имел в виду, прежде всего, новый проект стратегического бомбардировщика-ракетоносца с ядерной силовой установкой закрытого цикла, которую проектировало ОКБ Н.Д.Кузнецова. Эту машину он рассчитывал создать за 7 лет. В 1959 г. для нее была выбрана аэродинамическая схема «утка» с треугольными крылом и передним оперением значительной стреловидности. Шесть ядерных турбореактивных двигателей предполагалось расположить в хвостовой части самолета и объединить в один или два пакета. Реактор размещался в фюзеляже. В качестве теплоносителя предполагалось использовать жидкий металл: литий или натрий. Двигатели имели возможность работать и на керосине. Закрытый цикл работы СУ позволял сделать кабину экипажа вентилируемой атмосферным воздухом и намного снизить вес защиты. При взлетной массе примерно 170 т масса двигателей с теплообменниками предполагалась 30 т, защита реактора и кабины экипажа 38 т, полезная нагрузка 25 т. Длина самолета получалась около 46 м при размахе крыла примерно 27 м.

Проект атомного противолодочного самолёта Ту-114

Первый полет М-30 планировался на 1966 г., однако ОКБ-23 Мясищева не успело даже приступить к рабочему проектированию. Постановлением правительства ОКБ-23 Мясищева привлекли к разработке многоступенчатой баллистической ракеты конструкции ОКБ-52 В.Н.Челомея, а осенью 1960 г. ликвидировали как самостоятельную организацию, сделав филиалом №1 этого ОКБ и полностью переориентировав на ракетно-космическую тематику. Таким образом, задел ОКБ-23 по атомным самолетам не был воплощен в реальные конструкции.

Самолеты, которые никогда не летали — Атомный бомбардировщик

Рассказ об одном забытом проекте — о том, как Америка и Россия вкладывали миллиарды, чтобы добиться преимущества в еще одном техническом проекте. Это была постройка атомолета — гигантского самолета с атомным двигателем.

Источник

Adblock
detector