Реактивный вертолет на монотопливе

механик7

Я люблю строить самолеты!
Добрый день! Меня заинтересовала создание реактивного вертолета на монотопливе. Начну сначало что такое монотопливо.
Наиболее технолгичны легкоплавкие и высокорастворимые композиции промрастворов синтезааммиачной селитры(АС) с аминными горючими типакарбамида CO(NH2)2, уротропина (CH2)6N4) эвтектической природы. Водный раствор КАС.
Например: 3NH4NO3+CO(NH2)2=8H2O(пар)+4N2+CO2.
Термодинамика унитарных топлив: Степень раширения рабочего тела-газа из конденсированной фазы "пороха" может достигать до V2/V1-1500единиц, что на 2 порядка превосходит расширение воздушно-топливных зарялов в обычных ДВС, а термодинамический КПД цикла "чистого" расширения достигает до 87% - при ограничении температоры отработавших газов до 100по Цельсию(вода-пар). В самом предельном случае нулевого расширения газов - взрыв или вспышка в собственном объеме конденсированной фазы (p0=1.5г/см3)-мфксимальные параметры безводных систем достгают до T0=2800 по Кельвину, P0=5*10в4степени атмосфер. Энерговыделение(Q,ккал/кг) горячих композиций "сходит на нет" при содержании воды свыше 50-60% (вода-пар).
Ребята сделолали вот такой двигатель http://owalon.com/node/198
 

syryl

Вертолёты =)
Меня заинтересовала создание реактивного вертолета на монотопливе.
Хорошо сказано... А чо дальше то? И какое это имеет отношение к вертолётам?

Вот чего в толк не возьму - это рекламо ресурса по сцылке, или рекламо топлива?  :cool:
 

механик7

Я люблю строить самолеты!
Нет это не реклама просто отвлекла работа но я попарядку все опишу
 
D

DesertEagle

А чо дальше то? И какое это имеет отношение к вертолётам?
Если я правильно понял, авторами заявляется энергетическая емкость такого топлива на уровне перекиси водорода ~1000 ккал/кг. Что в десять раз хуже, чем бензин, но! Цена одного кг сухого порошка из аммиачной селитры и карбамида (мочевины) в розницу около 20 рублей, плюс если развести в воде до жидкого состония... Причем это сельскохозяйственные удобрения, доступные в любом магазине, совершенно безопасные и не токсичные. В общем, водный раствор АС+карбамид предлагается авторами как очень дешевая и безопасная альтернатива перекиси водорода при сравнимых характеристиках (на выходе перегретый пар). А на перекиси, как известно, вертолеты уже летают :). Только перекись быстро заканчивается :). Да и цена концентрированной перекиси 80-90% около 100-300 руб/кг, плюс пероксид сам по себе в таких концентрациях очень опасная и незаконная вещь.

Если написанное в статье правда, то это фантастическая штука в плане применения как реактивный привод на вертолетах. Конечно, баки там потребуются в десятки литров как и с перекисью =), но зато само сопло может быть весом в десятки грамм при достаточной тяге. А значит не будет проблем с центробежными силами.

Смущает только, если это все так здорово, то почему не применяется в мире? В статье упоминаются какие-то катализаторы, может в этом дело.

Вообще, это топливо напоминает т.н. "карамельки" - сухое топливо для любительских моделей ракет, тоже получаемое из селитр с добавками. Но там обязательно водный раствор выпаривают, в жидком виде оно не горит. А здесь рекламируется именно водный раствор. А еще википедия сообщает, что импульс карамельки 125 секунд, что хуже других промышленных ракетных топлив. Поэтому его используют только любители на маленьких ракетах и феерверках.

Ребята сделолали вот такой двигатель http://owalon.com/node/198
За ссылку спасибо, не видел раньше. Хотелось бы узнать подробности. Я раньше думал что это чистая теория, а оказывается уже есть эспериментальный образец...
 

syryl

Вертолёты =)
Смущает только, если это все так здорово, то почему не применяется в мире?
До тех пор, пока есть нефть, ни одна перспективная разработка не выйдет в общее пользование. Когда закончится нефть, будет придумано каким образом дальше с народа деньги получать. :)
 
D

DesertEagle

До тех пор, пока есть нефть, ни одна перспективная разработка не выйдет в общее пользование. Когда закончится нефть, будет придумано каким образом дальше с народа деньги получать
Не в нефти дело ;). У монотоплива ведь какой главный плюс? Что для горения топлива не надо сжимать воздух. Для бензина в идеале надо сжать воздух в 10-15 раз, керосин в 15-20 раз. В ПуВРД сжатие воздуха делается за счет обратной резонансной волны (сжатие 1.5-2 раза), в турбореактивном за счет турбины-компрессора (сжатие в 3-5 раз, в зависимости от сложности турбины, контурности и т.д.). Резонансная труба у ПуВРД с достаточной тягой ~5-10 кг слишком габаритная для размещения на конце лопасти. У турбореактивного двигателя вращающаяся турбинка при таких центробежных силах плохо себя чувствует, да еще добавляет гироскопический момент, скручивающий лопасть при изменении циклического или общего шага. И дорогая, практически невозможная при самодельном изготовлении. Поэтому иметь крохотный реактивный двигатель в виде компактного сопла на конце лопасти было бы замечательно. Есть конечно прямоточные двигатели на бензине/керосине/пропане, но во-первых, ротор сначала нужно как-то раскрутить до нужных оборотов, а во-вторых, скорости конца лопасти в общем-то маловато для стабильной работы прямоточника. Проблем много. Поэтому движки на перекиси водорода на данный момент реально самый лучший вариант для реактивного привода. Почитайте например http://peroxidepropulsion.com, там автор подробно описывал свои эксперименты с перекисью. Реально, но сложно, опасно и дорого. Если кому-то удастся получить монотопливо, сравнимое по характеристикам с перекисью, это было бы свежее дыхание в реактивном приводе ротора. Имхо.

Впрочем, существуют альтернативы перекиси, но все они тоже то токсичны, то дороги, то запрещены законом =). А двигателями на чистой перекиси водорода занимались во всех странах, да и сейчас активно используют в качестве рулевых сопел на спутниках, например. Там движок, помещающийся поперек ладони, выдает тягу в 40 кг! Несколько таких в ряд и можно взлетать вертикально. Правда и жрет соответстветственно, так как перекись содержит примерно в десять раз меньше энергии, чем бензин. Реактивные ранцы, кстати, тоже все погловно на перекиси. 40 литров за 30 секунд полета с тягой около 150 кг =).

А что касается предлагаемой авторами технологии, то есть небольшая надежда, что по своим свойствам это топливо конечно хуже перекиси (раз его не используют, свойства селитр и их смесей уж наверняка химиками изучены хорошо!), но благодаря однокомпонентности и доступности, может найти применение. Грубо говоря, если с его помощью можно сделать вот такой вертолетик как на перекиси, только с баками в полтора раза больше, то многих это устроило бы? Я более чем уверен, что да =)



Не говоря о других применениях - предраскрутка автожиров, короткие запуски мотопланеров на высоту для последующего безмоторного парения в термиках и т.д. Вопрос заключается в том, работает ли это =)
 

syryl

Вертолёты =)
Спасибо за такой развёрнутый ответ! Никогда не копал тему реактивных вертолётов и перекиси, но судя по всему - действительно интересно будет, если это топливо подойдет по показателям.
 

KAA

Ненавижу Солидворкс!
в турбореактивном за счет турбины-компрессора (сжатие в 3-5 раз, в зависимости от сложности турбины, контурности и т.д.).
В 3-25... раз! ;)
Грубо говоря, если с его помощью можно сделать вот такой вертолетик как на перекиси, только с баками в полтора раза больше, то многих это устроило бы? Я более чем уверен, что да =)
Наверное-таки нет! Иметь столь сложный ЛА,время полёта которого 10-20 мин,и заправлять который можно только заранее специально приготовленным топливом на площадке базирования!!??? Кому-то (единицам) это будет интересно,безусловно. При том,что существуют уже вертолёты такого класса,оснащённые  доступными ПД в 50 л.с. ;)
Не говоря о других применениях - предраскрутка автожиров, короткие запуски мотопланеров на высоту для последующего безмоторного парения в термиках и т.д.
Для мотопланера тож врядли! Ибо нету в нём места для столь объёмных баков. Но для фанатов ракетопланных полётов-вещь переспективная.Теперь можно и реплику БИ-1, или "Ока" ;D построить!
 
D

DesertEagle

Так мы вроде говорим про сверхлегкую авиацию, а не про межконтинентальные авиалайнеры ). Все авиамодельные турбинки с тягой до 40 кг одноконтурные, даже двухконтурных вроде не бывает. А вообще да, экономичность и эффективность всех подобных двигателей напрямую зависит от степени сжатия воздуха перед тем как сжечь в нем топливо. Турбореактивный двигатель со степенью сжатия 25 (если таковые бывают) должен быть сравним по расходу топлива с дизелем. Кстати, именно с этим моментом возлагаются такие большие надежды на детонационный пульсирующий двигатель (PDE в англ. транскрипции). Там за счет того что топливо горит не за счет конвекционного переноса тепла, а за счет сжатия ударной волной во фронте детонации, давления достижимы в 30-50 атмосфер. Что означает степень сжатия примерно такую же, то есть на уровне дизеля или самых навороченных турбореактивных. Только никто не может пока добиться устойчивой детонации обычных топлив типа керосина.

Наверное-таки нет! Иметь столь сложный ЛА
Ну почему сложный? На перекиси как раз очень простой: пластиковый бак с перекисью под небольшим избыточным давлением (бак от садового опрыскивателя со встроенным ручным насосом сойдет! только проверить чтобы не вступал в реакцию с перекисью), шланг с клапаном прямо до сопла, в корне которого закреплена сеточка из посеребренной проволоки. Открываешь кран - перекись под избыточным давлением поступает на сеточку-катализатор, разлагается на пар с температурой около 600-800 градусов (в зав. от концентрации перекиси), плюс немного кислорода, расширяется и создает тягу. Но все статические катализаторы перекись вроде быстро забивает. Ту же серебрянную проволоку минут за 10-20, потом ее надо очищать - реактивировать. Это еще одна большая проблема перекиси. Немцы не зря в движках для продолжительной работы использовали жидкий катализатор, который смешивался с перекисью в камере сгорания.

А на аммиачном топливе насколько я понял, все очень похоже на перекись, только давление должно быть в несколько атмосфер, а не просто самотеком. То есть подавать насосом. И для поджига требуется свеча зажигания. А в остальном аналогично - концентрация 75% или выше, разлагается на пар и углекислый газ, все это дело расширяется и вылетает в трубу =). Причем необходимое начальное давление и температура поджига регулируются присадками-катализаторами в топливо. А температура пара на выходе концентрацией, так же как у перекиси. Можно настроить, что температура выше 100 градусов подниматься не будет ) (правда для реактивного движка это не имеет смысл, там как раз нужно повышать температуру, но не более чем температура разрушения элементов двигателя).

время полёта которого 10-20 мин,и заправлять который можно только заранее специально приготовленным топливом на площадке базирования!!???
Хех, заправлять не перекисью в ОЗК с риском прожечь руки если попадет хоть капля, а негорючим при атмосферном давлении водным раствором, который можно смешать самостоятельно в ведре. Большая разница! Время полета да, минут 10-20, не больше. Но уже не ограничено временем работы катализатора до его засорения.

При том,что существуют уже вертолёты такого класса,оснащённые  доступными ПД в 50 л.с
Ну да, сравнили ПД в 50 л.с. и массой в 50-70 кг и пластиковый бак от опрыскивателя со шлангом и шаровым краном ))). Опять же, на перекиси возможны и ранцевые вертолеты. Точнее, на перекиси невозможны, ибо это не имеет смысл и опасно при мелких авариях. А на таком монотопливе уже можно делать что-то аппаратов Глухарева. Технология доступна самодельщикам, так как движок для него представляет собой по сути сопло, выточенное на токарном станке. Тот чел по ссылке выше, с нуля прошел путь от генерации перекиси и до изготовления форсунок, а также экспериментов с разными баками.

А ведь у него был вариант и с форсунками на концах лопастей обычного пропеллера! Диаметром 1.5 м кажется. По расчету, это позволяет примерно в три раза экономнее расходовать перекись (ну или монотопливо, если это работает). Вот такой вариант для мотопланеров и карлсонов уже интересен. Особенно если бак будет в виде вращающегося кока винта, а сам винт складной. Там получалось, что несколько литров перекиси должно хватить на набор нескольких сотен метров до термиков. При том что двигателя как такового нет! Пластиковый бак с клапаном и свободно вращающийся винт, все это легко уложится в 2-3 кг.

Перекись еще и управляется почти как электрический двигатель, открыл клапан - винт вращается, перекрыл - остановился. Поэтому необходимости в кольце ограждения особой нет, можно давать газ только после вывода крыла. Оставить чисто символическое на всякий случай для защиты от опадающих строп после приземления. Очень заманчивые перспективы на самом деле... )). Да и реактивный ранец как на перекиси, только на таком дешевом безопасном топливе, тоже было бы неплохо иметь... Оригинальный на перекиси для большинства кто хотел бы на нем полетать, из-за недоступности перекиси, так и останется нереальной мечтой.

Честно говоря, я не верил что эта затея с водным раствором аммиачной селитры работает =). Но раз сделали авиамодельный движок и даже намеряли 2 кг тяги в пике... Надо бы узнать больше подробностей, может там есть какие-нибудь подводные камни. Скажем, львиную долю работы делают присадки-катализаторы, что для мелкой модели конечно сойдет, но при расходе в десятки литров может стать золотым по цене. Слишком уж все просто и хорошо, так не бывает. Где-то должен быть подвох...
 

механик7

Я люблю строить самолеты!
Оснавная проблема использования этого топлива это для начало реакции надо прогреть камеру сгорания до 300 градусов и создать довление помойму болие 50 атм. тогда реакция идет правильно и не надо не какого катализатора. Катализатор нужен только  чтобы реакция пошла при меньшем довлении по поже выложу еще сылки на рабочии эксперементы. Не уверен но пишут что эту тему закрыли для оборонки вроде хотят использовать в торпедах.
главным камнем остаеться давление но в нашем случае нам помагает центробежная сила которая без всяких насосав создаст давление в камере сгорания.
 

KAA

Ненавижу Солидворкс!
Ну почему сложный? На перекиси как раз очень простой: пластиковый бак с перекисью под небольшим избыточным давлением (бак от садового опрыскивателя со встроенным ручным насосом сойдет! только проверить чтобы не вступал в реакцию с перекисью), шланг с клапаном прямо до сопла, в корне которого закреплена сеточка из посеребренной проволоки. 
Сложный-в случае с вертолётом. Необходимо подать топливо из неподвижного трубопровода во вращающуюся втулку. Начните её конструировать,и это сразустанет очевидным!
Ну да, сравнили ПД в 50 л.с. и массой в 50-70 кг и пластиковый бак от опрыскивателя со шлангом и шаровым краном ))). 
ПД может быть и 25 кг (в случае Хирт Ф-23). Либо килограммов 40,в случае РМЗ-500  ;D.
А ведь у него был вариант и с форсунками на концах лопастей обычного пропеллера! Диаметром 1.5 м кажется. По расчету, это позволяет примерно в три раза экономнее расходовать перекись (ну или монотопливо, если это работает). Вот такой вариант для мотопланеров и карлсонов уже интересен. Особенно если бак будет в виде вращающегося кока винта, а сам винт складной. Там получалось, что несколько литров перекиси должно хватить на набор нескольких сотен метров до термиков. При том что двигателя как такового нет! Пластиковый бак с клапаном и свободно вращающийся винт, все это легко уложится в 2-3 кг.
А обороты винта (мощность) в полёте,как регулировать!?
В случае расположения бака в коке,топливо центробежной силой будет распределено по периферии оного,и как его подать в центр (где отверстие)? :-?
 

injener

Я люблю строить самолеты!
Откуда
харьков
Это все хорошо забытое старое.В ХАИ в 1973г был спроектирован,построен и испытан такой апарат.Назывался он ХАИ-25.Конструктор и испытатель Борздоха Сергей Николаевич в настоящий момент проживает в г Днепропетровск,может рассказать все об этой схеме.Позже выложу фото .
 
D

DesertEagle

...вы сильно отстали в информативности

это уже давно не "предел!"
Сказали А, говорите и Б. Ссылочку, пожалуйста, где можно купить турбореактивный двигатель с тягой 50 кг и степенью сжатия больше 25? А то я отстал в информативности, ага =).

Необходимо подать топливо из неподвижного трубопровода во вращающуюся втулку. Начните её конструировать,и это сразустанет очевидным!
Хех, тут еще непонятно работает ли это топливо и с какими характеристиками, а вы про вращающуюся втулку =).

Оснавная проблема использования этого топлива это для начало реакции надо прогреть камеру сгорания до 300 градусов и создать довление помойму болие 50 атм.
50 атм это хуже (. Хотя и не непреодолимое препятствие, в целом допустимы давления до 100 атм, имхо. Это если использовать шланги от автомоек, они работают с такими давлениями и, главное, рассчитаны на воду, а значит коррозийностойкие. В отличие от гидравлических шлангов и насосов, которые работают с маслом.

С насосами тоже может быть проблема. В крайнем случае можно использовать от автомоек (100 атм, расход до 12 л/мин, потребляемая мощность около 5 л.с.), но имхо лучше изготовить что-то вроде самодельного эксцентрика, который периодически пережимает трубку. Потому что в таком случае не нужны уплотнения и прочее, а расход настраивается диаметром трубки. Но давление у таких насосов вроде до 10 атм.

В любом случае, это все мелочи. Главное - работает ли такое топливо с характеристиками, близкими к перекиси. Или нет.
 
K

Kimon

Не знаю как на счёт двигателя 50 кг тяги, но про "Р[sub]k[/sub] 20 - 30", знают даже здесь:
Относительно ВРД :
- в случае идеальной тепловой машины (к которой приближаются современные газотурбинные двигатели) и при использовании внешнего воздуха в качестве окислителя и рабочего тела, теоретически паровик проиграет по удельному расходу.
Насколько я помню теорию газотурбинных двигателей, то проиграет раза в три-четыре - не больше. Но это - относительно идеала, а для идеала требуется очень мощное сжатие воздуха в компрессоре. Пи-ка (Рк - сжатие в компрессоре) современныех двигателей - не хуже 20...30 раз.
 
D

DesertEagle

Вот это-врядли!  А "больших"-то, много!
Это не просто большие, это ОГРОМНЫЕ! =) Там уже играет роль масштабный фактор, повторить это в размерности, представляющей интерес для легкой авиации, скорее всего, невозможно физически. Впрочем, хотел бы ошибаться.
 

механик7

Я люблю строить самолеты!
Вот выкладываю отчеты людей кто реально работал с этим топливом http://webfile.ru/5950226 и http://webfile.ru/5950228 а также на сайте http://www.skif.biz/index.php?name=Forums&file=viewtopic&p=147605#147605
 
Ребята, это все ерунда! Надо осваивать жидкое электричество!
Вот оно позволит вертолету летать на большие расстояния и не потребует огромных топливных баков.
 
Вверх