Космические двигатели системы
| Тип компании | Частный |
|---|---|
| Промышленность | Аэрокосмическая |
| Основан | 2012 |
| Штаб -квартира | Эдмонтон, Альберта , Канада |
Ключевые люди | Прадип Дасс (президент) |
| Продукция | SSTO Сиопроводные системы , насосы , компрессоры , коробки передач , перманентные магнитные двигатели |
| Веб -сайт | SpaceEngineSystems.com |
Space Engine Systems Inc. ( SES ) является канадской аэрокосмической компанией и расположена в Эдмонтоне , Альберта , Канада . [ 1 ] Основным направлением компании является разработка легкой многоточечной двигательной системы (Dass Engine) для питания многоразового космического корабля и гиперзвукового круизного транспортного средства. Насосы , компрессоры , коробки передач и другие связанные технологии, разрабатываемые, интегрированы в основные проекты SES. SES сотрудничал с Университетом Калгари для изучения и разработки технологий в ключевых технических областях нанотехнологий и высокоскоростной аэродинамики .
История компании
[ редактировать ]Space Engines Systems Inc. была создана в 2012 году для разработки Dass Engine и связанных с ними технологий в аэрокосмическом секторе. Промоутеры Space Engine Systems участвуют в разработке двигателя более 20 лет. [ 2 ] Работайте вместе, чтобы донести новые насосы, компрессоры и системы передач в аэрокосмическую промышленность в качестве применения. 10 мая 2012 года SES публично объявил о запуске своей компании на авиасалоне Фарнборо (9–15 июля 2012 г.). [ 3 ] 6 августа они объявили о своем участии в беспилотных системах AUVSI в Северной Америке. [ 4 ] SES часто посещает крупные международные выставки в аэрокосмическом секторе, включая авиасалон Paris в 2013, 2015 и 2017 годах и авиасалон в Фарнборо в 2014, 2016 и 2024 годах.
Этот двигатель
[ редактировать ]
Двигатель DASS представляет собой предварительно охлаждающую комбинированного цикла концепцию движения , которая может производить тягу в широком диапазоне номеров полета транспортных средств (отдых к гиперзвукому ). Деривативы двигателя могут использоваться для движения транспортного средства SSTO на большие расстояния , ракет и гиперзвуковые транспортные самолеты . Двигатель разрабатывается с гибкостью для различных транспортных средств и профилей миссий. Концепция использует существующие аэрокосмические технологии, в том числе обычные компоненты газовых турбин , и новые разработки в нанотехнологии для преодоления некоторых ключевых технических препятствий, связанных с перегревом и хранением топлива. При высокоскоростном полете входящее воздух имеет очень высокое динамическое давление , а аэродинамическое замедление приводит к повышению статического давления и температуры . Температура может подняться над пределами материала лопастей компрессора в обычном турбояжном дне . Стратегия, направленная на облегчение этой проблемы, состоит в том, чтобы разместить теплообменник вниз по течению от входа для снижения температуры газа до механического сжатия. Похоже на турбоокеонек с глубоким охлаждением [ 5 ] или двигатель сжиженного воздушного цикла ( кружево ), энергия, извлеченная из входящего воздуха в двигателе Dass, добавляется обратно в систему вниз по течению в виде ощутимого тепла в топливном потоке.
Концепция Dass Engine улучшает процесс теплообмена несколькими способами. Поверхностные нано-коатинг [ 6 ] помещаются на внутренние теплообменники для повышения скорости конвективного теплообмена , уменьшения массы теплообменника и уменьшения нежелательной аэродинамической блокировки. Металлические наночастицы высевают в впускной воздух из входа в конус для дальнейшего усиления теплопередачи. Частицы действуют как дополнительное топливо и помогают работе устройств управления потоком вниз по течению. Известно, что металлическое топливо обладает желательными свойствами хранения по сравнению с водородом и обладает превосходной плотностью энергии по объему. [ 7 ] Комбинация водорода и наночастиц бора считается топливом двигателя.
Основным преимуществом дасс-двигателя над обычными ракетными двигателями для высокоскоростного полета является использование атмосферного кислорода в его режиме дыхания. ( Конкретный импульс I SP ) воздушных двигателей превосходит ракеты на широком спектре чисел MACH . Эти выгоды могут реализовать большую массовую долю полезной нагрузки (например, 4% для NASP для LEO [ 8 ] против 2,6% для Союз-2-Лео ). Более высокий I SP , связанный с воздушными двигателями, является основной мотивацией для развития двигателей Supersonic Hightion Ramjet . Авиационные двигатели обычно имеют более низкое соотношение тяги к весу по сравнению с ракетами. Вот почему двигатель Dass будет интегрирован в транспортное средство для подъема. Для транспортного средства SSTO снижение массы транспортных средств и увеличение массовой фракции полезной нагрузки приводит к снижению эксплуатационных расходов. [ 9 ] Для транспорта способность перемещаться с гиперзвуковыми скоростями резко уменьшает время, необходимое для покрытия больших расстояний. Высота, на которой работают гиперзвуковые круизные транспортные средства, обычно намного выше, чем обычные переносчики (30 км для A2 [ 10 ] против 13,1 км для A380 ). Более низкая плотность воздуха на этих более высоких высотах снижает общее сопротивление транспортного средства, что еще больше повышает эффективность. Текущие исследования и разработки сосредоточены на работе двигателя в Mach 5 Cruise на высоте 30 км. Обратите внимание, что 30 км по -прежнему значительно ниже, чем то, что считается краем пространства ( 100 км ) и намного ниже, чем на орбите с низкой землей (~ 200 км). Следовательно, чтобы Dass Engine работал за пределами целевых 30 км и рабочих условий Mach 5, проект будет изменен. На более высоких высотах плотность воздуха уменьшается, и транспортное средство должно двигаться быстрее, чтобы достичь достаточного захвата массового захвата входа. На еще более высоких высотах двигатель DASS должен будет хранить встроенный окислитель для использования с ракетным двигателем на пути его потока. Цель состоит в том, чтобы достичь основного компонента орбитальной скорости при работе в режиме аэрофтарования перед переходом в режим ракета.
Детали двигателя
[ редактировать ]На низких скоростях полета двигатель Dass опирается исключительно на бортовой турбоев, который работает на обычном углеводородном топливе. Потребление геометрии переменной (патент на PCT) позволяет формировать большие промежутки между теплообменником (который не работает на этом этапе), минимизируя потери давления в потреблении. В этом режиме обход закрыт, и весь воздух обрабатывается через ядро турбоев. Выхлопные сопла (PCT Патент ожидают) в дозвуковом режиме для оптимального конкретного тяги. По мере того, как двигатель ускоряется до сверхзвуковых скоростей, сочлененные части непосредственного потока впуска в теплообменник (патент на PCT). Жидкое водородное топливо пропускается через теплообменник, снижая температуру воздуха перед сжатием двигателя. Некоторая часть воздуха обходит ядро турбоевского и смешивается с водородом, выходящим из теплообменника в секции с ярожниками. Обратите внимание, что величина теплопередачи связана с количеством водорода, доступного для сжигания в ярости. Продукты сгорания затем расширяются через сверхзвуковую сопло, вариабельную геометрическую форсунку. Двигатель будет разработан, чтобы полностью потреблять воздух для оптимизации для тяги. Уровень обхода изменений в режиме сверхзвукового полета. Двигатель может работать в Mach 4 и обеспечивать тягу, превышающую обычного рамжа. При высоких номерах Маха (~ 4,88) воздух не может быть охлажден ниже предела турбоев (1200K). В результате в основном турбокжере не может произойти сжигание, и двигатель должен переходить в чистый режим Ramjet. Входная входная отверстие продолжает сформулировать (патентный патент PCT), чтобы полностью блокировать доступ к воздуху к турбоевскому, одновременно оптимизируя потребление для выхода площади для сжигания рамджата с использованием водорода. Двигатель по -прежнему осознает повышение эффективности от охлаждающих эффектов теплообменника (хотя и гораздо меньше в этом режиме). Скорость полета терминала ограничена скоростью, заправленной на водород.
Цели двигателей Dass GN x и Dass GN1 состоит в том, чтобы обеспечить эффективную тягу от отдыха до гиперзвуковых скоростей (M ~ 5) и больших высот (H ~ 30 км) с низким специфическим потреблением топлива вдоль всей пути полета и Небольшая ракетная сцена, чтобы принести автомобиль на орбиту. Двигатель будет работать на нескольких топливах (водород, углеводороды и металлическое топливо). Каждый тип топлива имеет преимущество. Углеводородное топливо обычно используется в турбоятных/турбовентивных двигателях, которые считаются зрелыми/обычными технологиями. Этот двигатель обеспечит тягу на низкой скорости. Водород имеет большую теплоемкость (~ 14 кДж/кгк), [ 11 ] Таким образом, это отличный радиатор для теплообменника (патентный ожидает). Он также имеет наилучшее содержание энергии на единицу массы любого топлива и является световой молекулой. В результате он может обеспечить большие уровни тяги с низким специфическим расходом топлива. Металлическое топливо обладает отличными качествами хранения, высоким содержанием энергии на единицу объема и может помочь в конвективной теплопередаче. Он также обладает хорошими свойствами сгорания в Nano-Massal.
Ключевые технологические компоненты Dass GN 1 и Dass GN X очень похожи. Dass GN1 предназначен исключительно для аэрокосмической промышленности, а Dass GN X предназначен только для космических применений. Прототип двигателя запланирован для наземных и полетных испытаний.
Сравнение двигателей
[ редактировать ]В таблице ниже показано сравнение Dass Engine с более обычными высокоскоростными двигателями (Ramjet) с двумя номерами. Были рассмотрены два типа Рамджца. Первый Ramjet использует комбинацию топлива (керосин и водород) в аналогичных пропорциях, что и Dass Engine. Второй Рамджат использует чистый водород. Понятно, что на нижнем номере MACH двигатель Dass обеспечивает более высокую конкретную тягу. Это связано с более высоким давлением, которое может быть использовано турбоейтом. В Mach 4 Dass GN1 работает так же, как и Ramjet. На этой скорости двигатель Dass GN1, скорее всего, конвертируется в чистый рамник. В перечисленных спецификациях не включаются какие -либо выгоды, которые могут быть реализованы посредством теплопередачи на впускном конусе (патентный патент PCT) или от сжигания металлического топлива. Типичный ракетный импульс составляет от 250 до 500 секунд.
| Двигатель (10 км) | Конкретное тяга (м/с) | Удельный расход топлива (G/KNS) | T max /t o | P max /p o | Я sp (ы) |
|---|---|---|---|---|---|
| Что GN1 | 4.23 | 30.9 | 15.1 | 23.9 | 3299 |
| Керосин/H 2 Ramjet | 3.41 | 38.4 | 15.1 | 6.0 | 2654 |
| H 2 Ramjet | 3.44 | 28.5 | 15.6 | 6.0 | 3569 |
| Двигатель (28 км) | Конкретное тяга (м/с) | Удельный расход топлива (G/KNS) | T max /t o | P max /p o | Я sp (ы) |
|---|---|---|---|---|---|
| Что GN1 | 3.67 | 30.0 | 17.8 | 228 | 3410 |
| Керосин/H 2 Ramjet | 3.64 | 30.1 | 17.8 | 57 | 3383 |
| H 2 Ramjet | 3.65 | 26.9 | 18.0 | 57 | 3786 |
Наземный тестирование
[ редактировать ]Space Engine Systems разрабатывает наземное испытания, способное моделировать высокую температурную впускную поток на больших высотах, связанных с сверхзвуковым полетом. Объект, названный многоточевым механизмом тестирования реактивных двигателей, очень модульный и может быть легко адаптирован для многих применений. Объект включает в себя:
• Система прямого подключения для подачи высокотемпературного потока воздуха к двигателю для моделирования сверхзвукового потока воздуха до Mach 5.
• Топливная система для подачи нескольких топлива в двигатель, включая жидкий водород, реактивное топливо и твердые наночастицы.
• Измеренный набор, чтобы разрешить сбор данных и анализ всего протестированного оборудования.
Многотопливное средство тестирования реактивных двигателей может быть использовано для лучшего понимания:
• Предварительное охлаждение комбинированного цикла движения
• Температурные ограничения различных материалов/компонентов турбинного двигателя/компонентов
• Многотолочное сжигание (обычное, твердое и ракетное топливо)
• Многоточные ярости
• Режимы запуска двигателя на большой высоте
• Характеристики тяги на большой высоте
• Контроль коэффициента проходов
• Механизмы тестирования двигателя и монтаж
• Характеристики потока
Включение нанотехнологий
[ редактировать ]Одной из основных проблем является разработка техники для введения наночастиц таким образом, что способствует однородному смешиванию. Во -вторых, охарактеризуйте свойства теплопередачи смеси потока.
Только небольшое количество наночастиц необходимо для обеспечения прибыли, требуемого двигателем. Было обнаружено, что даже при очень небольших массовых нагрузках (0,1%) может быть достигнут большой прирост теплопередачи (40%). [ 12 ] [ 13 ] Следовательно, возможно использовать доступный водород в качестве носителя для частиц. Следует позаботиться о том, чтобы содержание водорода оставалось ниже предела мышечной воспламеняемости, чтобы предотвратить неконтролируемое зажигание до достижения сгорания. Смесь массового соотношения 1: 1 наночастиц и водорода будет вводить в FreeStream для достижения 0,1% массовой нагрузки наночастиц и водорода в воздухе. Внедренная смесь охлаждает воздух FreeStream так, чтобы усиление давления застоя реализуется, когда поток замедляется внутри двигателя. Теплопередача не только происходит от частиц в воздух, но и теплообмен также будет происходить вдоль поверхности впускного конуса.
Некоторые наночастицы превосходят водород (на единицу объема) и углеводороды (на единицу массы и объема) с точки зрения хранения энергии. Двумя важными показателями являются энергия на единицу массы и энергии на единицу объема. Транспортные средства обычно предназначены на единицу объема (для соображений сопротивления). [ 14 ] На единицу объема Boron превосходит как водород, так и углеводороды. На единой массовой основе Boron превосходит углеводородное топливо, но не так хорош, как водород. Таким образом, Dass Engines будет воспользоваться превосходными свойствами бора наряду с углеводородом и водородным топливом.
Теплообменник
[ редактировать ]Предлагаемая структура теплообменника представляет собой нано-пористую пену. Пена усилит нано-пористую структуру, максимизируя теплопередачу и минимизирует падение давления. Это в сочетании с дополнительным эффектом дисперсии наночастиц должно обеспечить меньший теплообменник.
Исследовать
[ редактировать ]Основные технологические препятствия для Dass Engine связаны с внедрением нанотехнологий в компонентах двигателя. В партнерстве с Университетом Калгари SES оценит выполнимость использования поверхностных нано-коатирований на теплообменниках, изучит влияние суспензий наночастиц на конвективный теплопередачу и оценить возможность использования металлических наночастиц в качестве дополнительного топлива. Канадское правительство (через финансирование NSERC) также является партнером проекта Dass Engine.
Поверхностные нано-коатирования на теплообменниках
[ редактировать ]Покрытие твердого тела с наночастицами было показано в научной литературе для повышения скорости конвективной теплопередачи от твердых тел. [ 15 ] Было предложено несколько механизмов, включая увеличение общей площади поверхности, связанной с нано-покрытием. [ 16 ] По сути, возможно, что наночастицы действуют как мелкие плавники, которые, как известно, повышают эффективность теплообменника. [ 17 ] Поскольку эти наномасштабные плавники невелики, падение давления также намного меньше, чем по сравнению с потерями давления крупномасштабного плавника. Это уменьшает требования к работе при перекачке или сжатии жидкости при прохождении через теплообменник. Наличие шероховатости поверхности, связанной с отложениями наночастиц, также способствует смешиванию, что непосредственно влияет на конвективный теплопередачу.
Суспензии наночастиц для теплопередачи
[ редактировать ]Суспензия большого количества мелких твердых частиц в газе приводит к большому соотношению поверхности к объему к объему. Исследования в научной литературе показали, что существует уникальное взаимодействие между свойствами твердых наночастиц и свойствами несущей жидкости. [ 18 ] [ 19 ] Результатом, который не наблюдается с более крупными частицами (т.е. микрон), является изменение свойств объемной жидкости. Например, Lee et al. (1999) и Wang et al. (1999) экспериментально показали, что суспензия частиц CUO диаметром 23 и 23 нм в воде повышает теплопроводность воды на 34%. SES исследует потенциальное повышение теплопроводности газов с подвешенными наночастицами.
Сжигание наночастиц
[ редактировать ]Металлические порошки рассматривались как альтернативные топлива для воздушных двигателей из-за их большого содержания энергии на единицу массы и на единицу объема по сравнению с жидким углеводородным топливом. [ 7 ] Хотя водород имеет более крупное содержание энергии на единицу массы, чем металлическое топливо, водородное топливо необходимо хранить при очень высоком давлении, криогенно охлаждается или поглощается в других материалах, чтобы накапливать практическое количество массы. [ 20 ] Напротив, металлические частицы могут быть упакованы и храниться эффективно и безопасно. Поскольку общая скорость сжигания пропорциональна площади поверхности, использование частиц меньшего масштаба может улучшить сжигание и повысить производительность двигателя. [ 21 ] Было обнаружено, что наночастицы обычно имеют более низкую температуру плавления, зажигают при более низких температурах и имеют более высокую скорость сжигания, чем частицы более крупного масштаба. [ 22 ] Следовательно, использование топлива для частиц или добавки частиц для обычного топлива рассматривается в новой конструкции аэро-двигателя SES.
Специализированные продукты и услуги
[ редактировать ]Работая с группой компаний Can-K, SES предлагает выбор аэрокосмических компонентов и услуг. Все производство выполнено как 9100 C и стандарты управления качеством ISO 9001. Продукты включают в себя:
- Специализированная планетарная коробка передач (Ultra-Light) с возможностью выполнения до 420 градусов температуры окружающей среды Цельсии (протестированная в течение 45 минут под полной нагрузкой и маслом, полностью вытянутым вакуумом). Нет металлургического или механического повреждения;
- Высокоскоростная коробка передач для турбинных двигателей;
- Эффективный и легкий теплообменник;
- Жидкий/многофазный два винта и три винтных насоса для аэрокосмических/пространственных применений;
- Гидравлические несколько винтовых насосов для автоматического изменения крутящего момента или других аэрокосмических применений;
- Системы привода со сложной постоянной скоростью (CV) соединений;
- Пользовательские подшипники (гидродинамические и гидростатические);
- Высокотемпературные подшипники;
- Вакуумное оперативное оборудование (настраиваемое);
- Система двойного ротора вращается в противоположных направлениях, адаптируемой для применений вертолетов;
- Постоянная моторная система магнитов, адаптируемая для аэрокосмических и пространственных требований;
- Пользовательский легкий вес и высокотемпературные материалы;
- Аэрокосмические и космические суб-ассортименты, предназначенные для требований клиента;
- Dass Lander для космических применений; и
- Нано масла для долгосрочного использования.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Основная страница Space Engine Systems Inc.
- ^ Can-K Main Page
- ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2014-07-14 . Получено 2014-07-09 .
{{cite web}}: CS1 Maint: архивная копия как заголовок ( ссылка ) - ^ "Space Engine Systems - новости" . Архивировано из оригинала 2014-07-14 . Получено 2014-07-09 .
- ^ В. Балепин; J. Cipriano & M. Berthus (1996). Комбинированная движущая сила для SSTO Rocket - от концептуального исследования до демонстратора глубокого охлажденного турбоята . Космический самолет и гиперзвуковая конференция и технологии, AIAA-96-4497 Норфолк, Вирджиния. doi : 10.2514/6.1996-4497 .
- ^ Махлуф, Абдель Салам Хэмди; Tiginyanu, Ion (2011). Нанокоации и ультратонкие фильмы: технологии и приложения . WooHead Publishing в материалах.
- ^ Jump up to: а беременный С. Горошин; А. Хиггинс и М. Камель (2001). «Порошкообразные металлы как топливо для гиперзвуковых Ramjets». 37 -я совместная движущаяся конференция и выставка . 37-я конференция и экспонаты совместной движения, AIAA-2001-3919 Солт-Лейк-Сити, штат Юта. doi : 10.2514/6.2001-3919 .
- ^ Heiser, W.; Пратт Д. (1994). Гиперзвуковое аэродинамическое движение . AIAA Образовательная серия. С. 20–21.
- ^ W. Heiser (2010). «Одноэтапная орбита по сравнению с двухэтажными системами аэробиты». AIAA Journal of SpaceCraft and Rockets, Vol. 47, № 1, с. 222-223. doi : 10.2514/6.2001-3919 .
{{cite journal}}: CITE Journal требует|journal=( помощь ) - ^ Ф. Дживрадж; Р. Варвилл; А. Бонд и Г. Паниагуа (2007). «Предварительный охладный двигатель Scimitar Mach 5» (PDF) . 2 -я Европейская конференция по аэрокосмическим наукам (Евсасс) . Получено 2014-07-01 .
- ^ «Водород - удельное тепло» . Инженерный инструмент . Получено 27 апреля 2016 года .
- ^ Триведи, Молин; Йохансен, Крейг (2015). «Принудительная конвективная теплопередача в Al2O3-Air Nanoaerosol» (PDF) . 13-я Международная конференция по конверсии энергетики : 3799. DOI : 10.2514/6.2015-3799 . HDL : 1880/51125 . ISBN 978-1-62410-376-6 .
- ^ Триведи, Молин; Джаганнатан, Рангеш; Йохансен, Крейг (2016-07-17). «Улучшение конвективного теплопередачи с помощью наноаэрозолов». Международный журнал тепло и массового перевода . 102 : 1180–1189. doi : 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.07.017 .
- ^ Хейзер, Уильям; Пратт, Дэвид (1994). Гиперзвуковая аэродинамическая двигатель (иллюстрировано изд.). AIAA. п. 587. ISBN 1-56347-035-7 .
- ^ Р. Сенхилкумар; A. Nandhakumar & S. Prabhu (2013). «Анализ естественной конвективной теплопередачи нано -покрытых алюминиевых плавников с использованием метода Тагучи». Тепло и массопередача Vol. 49, с. 55-64.
{{cite web}}: Отсутствует или пусто|url=( помощь ) - ^ С. Кумар; С. Суреш и К. Раджив (2012). «Улучшение теплопередачи нано структурированным углеродным нанотрубным покрытием». Международный журнал научных и инженерных исследований Vol. 3, с. 1-5.
{{cite web}}: Отсутствует или пусто|url=( помощь ) - ^ Incropera, f.; Dewitt, D. (1996). Основы тепла и массового перевода 4 -е изд . Уайли и сыновья.
- ^ С. Ли; S. Choi & J. Eastman (1999). «Измерение теплопроводности жидкостей, содержащих оксидные наночастицы». Транс. Asme J. Теплопередача, вып. 121, с. 280-289.
{{cite web}}: Отсутствует или пусто|url=( помощь ) - ^ X. Ван; X. Xu & S. Choi (1999). «Теплопроводность смеси с наночастицами». J., Thermophys. Теплопередача, вып. 13, с. 474-480.
{{cite web}}: Отсутствует или пусто|url=( помощь ) - ^ С. Сатьяпал; Дж. Петрович; C. Читать; G. Thomas & G. Ordaz (2007). «Национальный проект хранения водорода Министерства энергетики США: прогресс в соответствии с требованиями к транспортным средствам с водородом». Катализ сегодня, вып. 120, с. 246-256.
{{cite web}}: Отсутствует или пусто|url=( помощь ) - ^ Rater; Ga Risha & Sf Son (2009). «Сгорание частиц металлов и нанотехнология». Труды Института сгорания, вып. 32, с. 1819–1838.
{{cite web}}: Отсутствует или пусто|url=( помощь ) - ^ Ю. Хуан; Г. Риша; V. Yang & R. Netter (2009). «Влияние размера частиц на сжигание пыли алюминиевой частицы в воздухе». Сгорание и пламя, вып. 156, с. 5-13.
{{cite web}}: Отсутствует или пусто|url=( помощь )