Группа ученых работает над созданием сверхнового двигателя. Он будет установлен на космический корабль, миссия которого заключается в путешествии на Титан. Это далекий спутник Сатурна, который вызывает особенный интерес у астрономов.
Термоядерный двигатель (direct fusion drive или DFD) проектируют в Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL). Ученые и инженеры во главе с доктором Сэмюэлем Коэном в настоящее время работают над второй версией аппарата, известной как «Princeton field reversed configuration -2» (PFRC-2). В конце концов, разработчики системы надеются запустить ее в космос для тестирования.
Хотя двигатель все еще находится в стадии разработки, на нем используют многие преимущества анейтронного синтеза, в первую очередь чрезвычайно высокое отношение мощности к массе. Топливо для DFD может незначительно отличаться по массе и содержит дейтерий и изотоп гелия.
Художественная концепция Direct Fusion Drive.Предоставлено: Princeton Satellite Systems.
По сей день ученые пока не могут использовать возможности ядерного синтеза для практического применения.
Однако инновационные подходы могут радикально разрешить эту трудность, чтобы исследовать космическое пространство. Исследованием этой темы в настоящее время занимаются специалисты и аэрокосмчиеские инженеры Технологического колледжа Нью-Йорка и Туринского политехнического университета Италии.
Они решили сохранить теоретическую природу использования ядерного синтеза и применить экспериментальную установку в лаборатории физики плазмы Принстона. Как оказалось, в таком случае космический аппарат с термоядерным приводом может показать лучшие результаты.
Он будет оснащен энергоэффективностью электрического двигателя с мощной тягой двигателя, работающего на топливе. Термоядерный двигатель имеет особенность: он способен питать звездолет на протяжении всего долгого путешествия и ему не потребуются дополнительные генераторы.
Ученые, работающие над созданием нового термоядерного двигателя, считают, то времени у них в достатке. Земля и Титан займут идеальное положение для полета космического корабля не ранее 2046 года.
Конструкция космического корабля могла добраться до Титана всего за 2 года с использованием прямого термоядерного двигателя
Хотя двигатель все еще находится в стадии разработки, на нем используют многие преимущества анейтронного синтеза, в первую очередь чрезвычайно высокое отношение мощности к массе. Топливо для DFD может незначительно отличаться по массе и содержит дейтерий и изотоп гелия.
PFRC-2 DFD в действии.
Даже с относительно небольшим количеством чрезвычайно мощного топлива DFD может превзойти химические или электрические методы движения, которые обычно используют. Удельный импульс системы, который является мерой того, насколько эффективно двигатель использует топливо, оценивается как сопоставимый с электрическими двигателями, наиболее эффективными из имеющихся в настоящее время. Вдобавок двигатель DFD будет обеспечивать тягу в 4-5Н в режиме малой мощности, что лишь немного меньше, чем та, которую может выдавать химическая ракета в течение длительного периода времени. По сути,DFD сочетает превосходный удельный импульс электрических силовых установок с превосходной тягой химических ракет, в комбинации, которая объединяет лучшее из обеих систем полета.
Хотя двигатель все еще находится в стадии разработки, на нем используют многие преимущества анейтронного синтеза, в первую очередь чрезвычайно высокое отношение мощности к массе. Топливо для DFD может незначительно отличаться по массе и содержит дейтерий и изотоп гелия.
Холодная плазма обтекает зону термоядерного синтеза, поглощает энергию продуктов термоядерного синтеза и затем ускоряется магнитным соплом.
Ученые пока не могут использовать возможности ядерного синтеза для практического применения. По расчетам инженеров и конструкторов новый двигатель сможет использовать особенные мощности, что поможет ему достигнуть финишной точки, заняв половину времени, которое было необходимо для космического путешествия ровера «Кассини».
Группа ученых работает над созданием сверхнового двигателя. Он будет установлен на космический корабль, миссия которого заключается в путешествии на Титан. Это далекий спутник Сатурна, который вызывает особенный интерес у астрономов.
Термоядерный двигатель (direct fusion drive или DFD) проектируют в Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL). Ученые и инженеры во главе с доктором Сэмюэлем Коэном в настоящее время работают над второй версией аппарата, известной как «Princeton field reversed configuration -2» (PFRC-2). В конце концов, разработчики системы надеются запустить ее в космос для тестирования.
Хотя двигатель все еще находится в стадии разработки, на нем используют многие преимущества анейтронного синтеза, в первую очередь чрезвычайно высокое отношение мощности к массе. Топливо для DFD может незначительно отличаться по массе и содержит дейтерий и изотоп гелия.
Художественная концепция Direct Fusion Drive.Предоставлено: Princeton Satellite Systems.
По сей день ученые пока не могут использовать возможности ядерного синтеза для практического применения.
Однако инновационные подходы могут радикально разрешить эту трудность, чтобы исследовать космическое пространство. Исследованием этой темы в настоящее время занимаются специалисты и аэрокосмчиеские инженеры Технологического колледжа Нью-Йорка и Туринского политехнического университета Италии.
Они решили сохранить теоретическую природу использования ядерного синтеза и применить экспериментальную установку в лаборатории физики плазмы Принстона. Как оказалось, в таком случае космический аппарат с термоядерным приводом может показать лучшие результаты.
Он будет оснащен энергоэффективностью электрического двигателя с мощной тягой двигателя, работающего на топливе. Термоядерный двигатель имеет особенность: он способен питать звездолет на протяжении всего долгого путешествия и ему не потребуются дополнительные генераторы.
Ученые, работающие над созданием нового термоядерного двигателя, считают, то времени у них в достатке. Земля и Титан займут идеальное положение для полета космического корабля не ранее 2046 года.
Конструкция космического корабля могла добраться до Титана всего за 2 года с использованием прямого термоядерного двигателя
Хотя двигатель все еще находится в стадии разработки, на нем используют многие преимущества анейтронного синтеза, в первую очередь чрезвычайно высокое отношение мощности к массе. Топливо для DFD может незначительно отличаться по массе и содержит дейтерий и изотоп гелия.
PFRC-2 DFD в действии.
Даже с относительно небольшим количеством чрезвычайно мощного топлива DFD может превзойти химические или электрические методы движения, которые обычно используют. Удельный импульс системы, который является мерой того, насколько эффективно двигатель использует топливо, оценивается как сопоставимый с электрическими двигателями, наиболее эффективными из имеющихся в настоящее время. Вдобавок двигатель DFD будет обеспечивать тягу в 4-5Н в режиме малой мощности, что лишь немного меньше, чем та, которую может выдавать химическая ракета в течение длительного периода времени. По сути,DFD сочетает превосходный удельный импульс электрических силовых установок с превосходной тягой химических ракет, в комбинации, которая объединяет лучшее из обеих систем полета.
Хотя двигатель все еще находится в стадии разработки, на нем используют многие преимущества анейтронного синтеза, в первую очередь чрезвычайно высокое отношение мощности к массе. Топливо для DFD может незначительно отличаться по массе и содержит дейтерий и изотоп гелия.
Холодная плазма обтекает зону термоядерного синтеза, поглощает энергию продуктов термоядерного синтеза и затем ускоряется магнитным соплом.
Ученые пока не могут использовать возможности ядерного синтеза для практического применения. По расчетам инженеров и конструкторов новый двигатель сможет использовать особенные мощности, что поможет ему достигнуть финишной точки, заняв половину времени, которое было необходимо для космического путешествия ровера «Кассини».
Шум, чрезмерная вибрация и относительная неэффективность — это недостатки поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС), которые используются в современном газонном и садовом оборудовании, таком как воздуходувки и триммеры для газонов.
Роторный ДВС, который значительно меньше, легче и тише, а также на 20% экономичнее, ДВС используемых в устройствах с малым объемом двигателя.
Двигатель LiquidPiston X Mini объемом 70 кубических сантиметров выдает около 3,5 лошадиных сил при 10 000 об/мин;при мегьше 2 кг он примерно на 30% меньше четырехтактных поршневых ДВС объемом 50 кубических сантиметров, которые он должен заменить.В полностью собранном виде X Mini может выдавать около 5 лошадиных сил при 15000 оборотах в минуту и весить 1,3 кг.
Мощность нового двигателя примерно в три раза меньше мощности эквивалентных бензиновых двигателей с искровым зажиганием и на 75% меньше мощностидизельных аналогов. Однако LiquidPiston X Mini является более эффективным с точки зрения потребления топлива и конструкции. Кроме того, новый двигатель может питаться как бензином, так и дизельным топливом. Команда LiquidPiston говорит, что масштабируемость двигателя позволяет получить мощность до 1000 л. с.
Двигатель работает по новому высокоэффективному гибридному циклу (HEHC), который обеспечивает сгорание при постоянном объеме и оптимальном расширение для большего извлечения энергии. С двумя движущимися частями, ротором и валом и без тарельчатых клапанов, которые обычно используются в других четырехтактных ДВС для управления подачей топлива, двигатель имеет пониженные характеристики шума и вибрации.
Двигатель можно масштабировать и модифицировать для мопедов, дронов, судового силового оборудования, робототехники, лодок, самолетов и других транспортных средств.
Компания уже продемонстрировала доказательство концепции для высокоэффективных дизельных версий двигателя, включая 70-сильный X1 и 40-сильный X2, для генераторов и других приложений.Компания надеется в конечном итоге разработать небольшие дизельные версии двигателя X Mini для военных целей.
«Если вы посмотрите на 3-киловаттный военный генератор, это 120-ти килограммовая горилла, которой нужно пять человек, чтобы передвигаться», — говорит Школьник.«Вы можете себе представить, что если мы сможем превратить его в 7-ми килограммовое устройство, это будет революционно».
LiquidPiston X Mini разработан как уникальный роторный двигатель, в котором происходят 3 такта сгорания на один оборот ротора.
Обратный Ванкель
X Mini — это, по сути, модернизация конструкции компактного роторного двигателя Ванкеля, изобретенного в 1950-х годах и используемого сегодня в спортивных автомобилях, лодках и некоторых самолетах.
В модели Ванкеля ротор с закругленным треугольником вращается по эксцентрической орбите внутри овальной камеры, при этом каждое вращение производит три такта мощности — где двигатель создает силу.В X Mini овальный ротор вращается внутри модифицированного скругленного треугольного корпуса.
«Мы перевернули все в традиционном роторном двигателе, и теперь можем выполнить новый термодинамический цикл [HEHC] и решить все проблемы, которые преследовали традиционный двигатель Ванкеля», — говорит Школьник.
liquidpiston.com
Например, в двигателе Ванкеля используется длинная камера сгорания (похожая на тонкий полумесяц), что приводит к расходу топлива, поскольку пламя не может достигать задних краев камеры и гасится за счет ее большой площади поверхност.Камера сгорания X Mini более округлая и широкая, поэтому пламя горит на меньшей площади.
Впуск воздуха, топлива и выпуска газа в X Mini происходит через два порта в роторе, которые открываются или закрываются по мере вращения ротора, что устраняет необходимость в клапанах.
Асимметричное расположение этих портов немного задерживает процесс выхлопа при расширении. Это позволяет осуществлять процесс сверхрасширения HEHC — из термодинамического цикла Аткинсона, используемого в некоторых гибридных автомобилях — когда газ расширяется в камере до тех пор, пока не исчезнет давление, что дает двигателю больше времени для извлечения энергии из топлива.
Эта конструкция также обеспечивает «горение постоянного объема» HEHC — из термодинамического цикла Отто, используемого в поршневых двигателях с искровым зажиганием — где сжатый газ удерживается в камере в течение длительного периода, позволяя воздуху и топливу смешиваться и полностью воспламеняться перед расширением. что приводит к увеличению давления расширения и повышению эффективности.
«Чтобы сжечь топливо в двигателе, нужно много времени», — говорит Школьник. «В большинстве двигателей, когда вы сжигаете топливо, вы расширяете газы и теряете эффективность процесса сгорания. Мы продолжаем горение, пока ротор находится наверху камеры, и при этих условиях форсируем горение. Так это намного эффективнее».
В 2006 году, проанализировав десятки итераций двигателей, LiquidPiston получила военный грант в размере 70 000 долларов на создание первого прототипа дизельного двигателя.(Сегодня LiquidPiston проанализировала и запатентовала около 60 различных конструкций двигателей, воплощающих HEHC.)
Благодаря многочисленным отзывам производителей силового оборудования, призывающих к более легким, более тихим и безвибрационным двигателям, LiquidPiston недавно перешел на X Mini, который был разработан и выпущен в течение последних шести месяцев.
«Помимо улучшения существующих приложений для двигателей, X Mini может позволить использовать совершенно новые приложения, которые в настоящее время невозможны с текущими технологиями двигателей или аккумуляторных батарей.
Шум, чрезмерная вибрация и относительная неэффективность — это недостатки поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС), которые используются в современном газонном и садовом оборудовании, таком как воздуходувки и триммеры для газонов.
Роторный ДВС, который значительно меньше, легче и тише, а также на 20% экономичнее, ДВС используемых в устройствах с малым объемом двигателя.
Двигатель LiquidPiston X Mini объемом 70 кубических сантиметров выдает около 3,5 лошадиных сил при 10 000 об/мин;при мегьше 2 кг он примерно на 30% меньше четырехтактных поршневых ДВС объемом 50 кубических сантиметров, которые он должен заменить.В полностью собранном виде X Mini может выдавать около 5 лошадиных сил при 15000 оборотах в минуту и весить 1,3 кг.
Мощность нового двигателя примерно в три раза меньше мощности эквивалентных бензиновых двигателей с искровым зажиганием и на 75% меньше мощностидизельных аналогов. Однако LiquidPiston X Mini является более эффективным с точки зрения потребления топлива и конструкции. Кроме того, новый двигатель может питаться как бензином, так и дизельным топливом. Команда LiquidPiston говорит, что масштабируемость двигателя позволяет получить мощность до 1000 л. с.
Двигатель работает по новому высокоэффективному гибридному циклу (HEHC), который обеспечивает сгорание при постоянном объеме и оптимальном расширение для большего извлечения энергии. С двумя движущимися частями, ротором и валом и без тарельчатых клапанов, которые обычно используются в других четырехтактных ДВС для управления подачей топлива, двигатель имеет пониженные характеристики шума и вибрации.
Двигатель можно масштабировать и модифицировать для мопедов, дронов, судового силового оборудования, робототехники, лодок, самолетов и других транспортных средств.
Компания уже продемонстрировала доказательство концепции для высокоэффективных дизельных версий двигателя, включая 70-сильный X1 и 40-сильный X2, для генераторов и других приложений.Компания надеется в конечном итоге разработать небольшие дизельные версии двигателя X Mini для военных целей.
«Если вы посмотрите на 3-киловаттный военный генератор, это 120-ти килограммовая горилла, которой нужно пять человек, чтобы передвигаться», — говорит Школьник.«Вы можете себе представить, что если мы сможем превратить его в 7-ми килограммовое устройство, это будет революционно».
LiquidPiston X Mini разработан как уникальный роторный двигатель, в котором происходят 3 такта сгорания на один оборот ротора.
Обратный Ванкель
X Mini — это, по сути, модернизация конструкции компактного роторного двигателя Ванкеля, изобретенного в 1950-х годах и используемого сегодня в спортивных автомобилях, лодках и некоторых самолетах.
В модели Ванкеля ротор с закругленным треугольником вращается по эксцентрической орбите внутри овальной камеры, при этом каждое вращение производит три такта мощности — где двигатель создает силу.В X Mini овальный ротор вращается внутри модифицированного скругленного треугольного корпуса.
«Мы перевернули все в традиционном роторном двигателе, и теперь можем выполнить новый термодинамический цикл [HEHC] и решить все проблемы, которые преследовали традиционный двигатель Ванкеля», — говорит Школьник.
liquidpiston.com
Например, в двигателе Ванкеля используется длинная камера сгорания (похожая на тонкий полумесяц), что приводит к расходу топлива, поскольку пламя не может достигать задних краев камеры и гасится за счет ее большой площади поверхност.Камера сгорания X Mini более округлая и широкая, поэтому пламя горит на меньшей площади.
Впуск воздуха, топлива и выпуска газа в X Mini происходит через два порта в роторе, которые открываются или закрываются по мере вращения ротора, что устраняет необходимость в клапанах.
Асимметричное расположение этих портов немного задерживает процесс выхлопа при расширении. Это позволяет осуществлять процесс сверхрасширения HEHC — из термодинамического цикла Аткинсона, используемого в некоторых гибридных автомобилях — когда газ расширяется в камере до тех пор, пока не исчезнет давление, что дает двигателю больше времени для извлечения энергии из топлива.
Эта конструкция также обеспечивает «горение постоянного объема» HEHC — из термодинамического цикла Отто, используемого в поршневых двигателях с искровым зажиганием — где сжатый газ удерживается в камере в течение длительного периода, позволяя воздуху и топливу смешиваться и полностью воспламеняться перед расширением. что приводит к увеличению давления расширения и повышению эффективности.
«Чтобы сжечь топливо в двигателе, нужно много времени», — говорит Школьник. «В большинстве двигателей, когда вы сжигаете топливо, вы расширяете газы и теряете эффективность процесса сгорания. Мы продолжаем горение, пока ротор находится наверху камеры, и при этих условиях форсируем горение. Так это намного эффективнее».
В 2006 году, проанализировав десятки итераций двигателей, LiquidPiston получила военный грант в размере 70 000 долларов на создание первого прототипа дизельного двигателя.(Сегодня LiquidPiston проанализировала и запатентовала около 60 различных конструкций двигателей, воплощающих HEHC.)
Благодаря многочисленным отзывам производителей силового оборудования, призывающих к более легким, более тихим и безвибрационным двигателям, LiquidPiston недавно перешел на X Mini, который был разработан и выпущен в течение последних шести месяцев.
«Помимо улучшения существующих приложений для двигателей, X Mini может позволить использовать совершенно новые приложения, которые в настоящее время невозможны с текущими технологиями двигателей или аккумуляторных батарей.
Новости 24 часа в сутки!
