Газогенератор — двигатель на дровах

Большинство ценителей раритетной техники отдают предпочтение моделям которые дошли до современных дней в малом количестве и имеют неординарную конструкцию. К таким можно отнести автомобили и даже мотоциклы работающие на дровах, с газогенераторным двигателем.

Газогенераторный автомобиль — автомобиль, двигатель внутреннего сгорания которого получает в качестве топливной смеси газ, вырабатываемый газогенератором.

Газогенератор — устройство для преобразования твёрдого или жидкого топлива в газообразную форму. Наиболее распространены газогенераторы, работающие на дровах, древесном угле, каменном угле, буром угле,коксе и топливных пеллетах.

Многие заинтересованы конструкциями газогенераторов для современной техники. До сих пор в Северной Корее ездят грузовые автомобили на дровах.

Принцип таких двигателей прост, вместо бензина и воздуха подается газ вырабатываемый газогенератором и регулируется заслонкой. В большинстве случаев оставляют стандартный карбюратор, а газ подводят вместо воздуха. Таким образом двигатель запускают на бензине, а далее перекрывают подачу бензина и воздуха, оставляя только газ полученный газогенератором. Так легче запустить двигатель, тем более если он на мотоцикле.

Умельцы переделывают автомобильные и мотоциклетные двигатели “под дерево”. Конечно в большинстве случаев, такие переделки — это лишь хобби. Так как топливо из дерева сомнительная замена бензину или газу.

Недостатки газогенератора

• КПД двигателя внутреннего сгорания сильно падает;
• долгие подготовительные работы перед запуском двигателя;
• газогенераторное оборудование занимает много дополнительного места;
• уменьшается вес полезного груза, который можно перевести на автомобиле или мотоцикле;
• требуется больший объем топлива для одного и того-же преодоления расстояния;
• всё воняет копченостями.

Преимущество газогенератора

• доступность топлива;
• «изюминка» транспортного средства.

Переделка стокового мотора под дрова

Чтобы автомобиль или мотоцикл ездил на дровах, нужно не так уж и много средств. А всего лишь бензиновый двигатель, руки, инструменты и немного материалов.

Как и где размещать газогенератор зависит от конструкции автомобиля, некоторые даже делают его прицепным, тем самым не нарушая конструкции автомобиля. Очень интересен вариант газогенератора на мотоцикле с коляской или вовсе одиночках.

Теория газогенератора

Лучше всего для транспорта подходят газогенераторы обращённого процесса. В генераторах этого типа воздух подавался в среднюю по их высоте часть, в которой и происходил процесс горения. Отбор образовавшихся газов осуществлялся ниже подвода воздуха. Активная зона занимала часть газогенератора от места подвода воздуха до колосниковой решетки, ниже которой был расположен зольник с газоотборным патрубком.

Зоны сухой перегонки и подсушки располагались выше активной зоны, поэтому влага топлива и смолы не могли выйти из газогенератора, минуя активную зону. Проходя через зону с высокой температурой, продукты сухой перегонки подвергались разложению, в результате чего количество смол в выходящем из генератора газе было незначительным. Как правило, в газогенераторах обращенного процесса газификации горячий генераторный газ использовался для подогрева топлива в бункере. Благодаря этому улучшалась осадка топлива, так как устранялось прилипание покрытых смолой чурок к стенкам бункера и тем самым повышалась устойчивость работы генератора.

Горение углерода топлива можно описать следующим образом:

С + О₂ = СО₂ — это полное сгорание топлива, которое сопровождается выделением углекислого газа СО₂;
и С + (1/2)О₂ = СО — это неполное сгорание, в результате которого образуется горючий газ – оксид углерода СО.

Оба этих процесса происходят в так называемой «зоне горения» газогенератора.
Оксид углерода СО образуется также при прохождении углекислого газа СО₂ сквозь слой раскаленного топлива:
С + СО₂ = 2СО
В процессе участвует часть влаги топлива (или влага, подведенная извне) с образованием углекислого газа СО₂, водорода Н₂, и горючего оксида углерода СО.
С + Н₂О = СО + Н₂
СО + Н₂О = СО₂ + Н₂

Зону, в которой протекают три описанных выше реакции называют «зоной восстановления» газогенератора. Обе зоны – горения и восстановления – несут общее название «активная зона газификации».

Примерный состав газа, полученного в газогенераторе обращенного процесса газификации при работе на древесных чурках абсолютной влажностью 20%, следующий (в % от объема):

• водород Н₂16,1%;
• углекислый газ СО₂ 9,2%;
• оксид углерода СО 20,9%;
• метан СН₄2,3%;
• непредельные углеводороды СnHm (без смол) 0,2%;
• кислород О₂1,6%;
• азот N₂49,7%

Итак, генераторный газ состоит из горючих компонентов (СО, Н₂, СН₄, СnHm) и балласта (СО₂, О₂, N₂, Н₂О).

В основу всех конструкций входит:

• реактор, где идет окислительно — восстановительная реакция, дрова превращаются в угарный газ и водород;
• фильтр грубой очистки (циклон), отчищает газ от сажи;
• холодильник, охлаждает газ;
• фильтр тонкой очистки, очищает газ от смол и конденсата;
• смеситель;
• дополнительно ставят вентиляторы для розжига и принудительной тяги, чтобы процесс запуска был более простым.

Реакторы бывают разных типов. Чтобы много не расписывать, просто выложу страницы и картинки со старых книг. Это опытные образцы которые были в производстве. Тем кто действительно заинтересован в постройки такой техники, этой информации будет достаточно, чтобы построить свой газген.

Так же в интернете можно встретить очень много уже собранных газовых генераторов из современных материалов.

Не обязательно повторять конструкцию тех лет, когда газогенераторы производили серийно, можно все материалы взять на “помойке”. Благо такие конструкции уже построены и их можно найти в сети и посмотреть про это видео.

Мотоцикл на дровах

Один парень перевел свой Днепр на дрова — источник http://oppozit.ru/article85319.html. Кратко опишем процесс переделки.

Для газгена потребовалось:

• бочка 100л;
• бидон стальной;
• диск от роторной косилки;
• кусок толстостенной трубы диаметром около 160 мм;
• ресивер;
• труба со сгоном;
• шестигранник;
• чайник из нержавейки;
• огнетушитель;
• батарея.

В толстостенной трубе просверлили отверстия для фурм подвода воздуха в зону горения. Выточили из шестигранника фурмы и привариваем их к трубе.

В диске косилки сделали отверстие под толстостенную трубу и сваркой соединили их. Из вырезанной части диска сделали сужение «активной зоны» диаметром около 80 мм и вварили его по центру трубы.

Сваривали диск с бидоном.

Отрезали от ресивера кусок и в его торце сделали отверстие под наружный диаметр трубы, это будет подвод воздуха к фурмам. Приварили кусок трубы со сгоном по которой будет подводиться воздух. Приварили всё это к трубе с диском. К бидону приварили крышку бочки.

Из старого чайника из нержавеющей стали сделали колосниковую решётку и для подвижности подвешали её на цепях. В крышку бочки вварили гайку и вкрутили в неё болт, который соединён тросом с колосниковой решёткой и позволят встряхивать колосник для очистки. На видео это видно.

Из старого огнетушителя сделали центробежный очиститель (циклон) и приварили его к бочке без дна и крышки, сделали в ней с боку отверстие для воздухоподводящей трубы. В нижней части бочки приварили резьбовую пробку через которую будем удалять золу.

Вставили бидон с «активной зоной» в бочку, зажав гайками воздухоподводящую трубу, приварили к диску опорные лапы.

Приварили к бочке крышку и дно – газогенератор готов!

Из батареи сделали охладитель, предусмотрев отверстия для чистки и слива конденсата и соединительные фланцы.

Из двух 20 литровых вёдер от краски сделали фильтр тонкой очистки газа. Вёдра поставили друг на друга, нижнее заполнили керамзитом, а верхнее минеральной ватой. В нижнем ведре сделали пробку для слива конденсата и трубу с фланцем для подвода газа. В верхнем ведре сделали отводную трубу.

Из уголка сварили раму для крепления газогенератора, охладителя и фильтра.

Соединили всё на коляске.

Из трубы и заслонки от «пускачёвского» карбюратора сделали смеситель.

Из печки трактора Беларус сделали вентилятор розжига и закрепили его в передней части коляски.

Из двух шаровых кранов и сгонов сделали распределитель (пускает газ к вентилятору розжига или смесителю)

Сделали впускной коллектор под один карбюратор из дужек от кроватей, перед карбюратором поставили смеситель и соединили его шлангом с распределителем. Для управления воздушной заслонкой в смесителе на руль добавили рычажок.

Видеоинструкция как перевести автомобиль на дрова

В видео рассказывается как имея автомобиль с бензиновым двигателем, доступ к “свалке”, не хитрый инструмент можно пикап “заправлять” дровами. Всё наглядно и просто, посмотрев это видео и применив расчеты из старых, советских книг можно сделать свой газовый генератор для собственных нужд с максимально возможным КПД.

Газген – Картина дня – Коммерсантъ

Мы достоверно не знаем, как будет выглядеть транспорт будущего. Гарантированно известно лишь то, что запасы нефти рано или поздно будут исчерпаны – и, как следствие, бензиновые и дизельные двигатели станут достоянием истории. Так что человечеству, желает оно того или нет, придется сделать выбор в пользу возобновляемых видов топлива.

Предыдущая фотография

Следующая фотография

1
/
2

Текст: Иван Картамцев

Предыдущая фотография

Светильный газ, подтолкнувший изобретателей к созданию газогенератора, первоначально использовался для освещения городских улиц. Газовые фонари можно встретить и сегодня, но наибольшее распространение они получили в XIX веке, утратив свою актуальность лишь в тридцатых годах прошлого века.

Следующая фотография

1
/
2

Светильный газ, подтолкнувший изобретателей к созданию газогенератора, первоначально использовался для освещения городских улиц. Газовые фонари можно встретить и сегодня, но наибольшее распространение они получили в XIX веке, утратив свою актуальность лишь в тридцатых годах прошлого века.

Но почему-то сегодня электричество рассматривается в качестве едва ли не единственной альтернативы бензину и солярке. И совершенно списан со счетов газогенераторный двигатель, который впервые начал массово эксплуатироваться более ста лет тому назад. В некоторых уголках мира и сейчас можно встретить этот нехитрый, а значит, бюджетный агрегат, пришедший на помощь тем, у кого нет средств на дорогостоящий электрический транспорт, зато в лесу растет полно дармовых дров, а под ногами дымит торф и весело похрустывает валежник.

Наша страна, с ее изобилием лесов, могла бы стать передовиком в этом направлении и показать пример остальным. Ведь газогенераторные автомобили могут без существенных конструктивных изменений быть построены на базе обычных машин с двигателями внутреннего сгорания, они практически не загрязняют атмосферу и не требуют создания сложной топливной и логистической инфраструктуры. К тому же у отечественных инженеров еще с тридцатых годов прошлого века накопился немалый опыт в этом направлении, пусть и не совсем удачный.

Одно из главных преимуществ газогенераторных установок заключается, прежде всего, в том, что они могут быть использованы практически повсеместно. На твердое топливо могут быть переведены легковые автомобили, грузовики, автобусы и даже моторные лодки. Не говоря уже о том, что газогенераторы прекрасно подходят для промышленного использования.

Одно из главных преимуществ газогенераторных установок заключается, прежде всего, в том, что они могут быть использованы практически повсеместно. На твердое топливо могут быть переведены легковые автомобили, грузовики, автобусы и даже моторные лодки. Не говоря уже о том, что газогенераторы прекрасно подходят для промышленного использования.

Уже тогда в одном лишь Советском Союзе насчитывалось около трехсот моделей газогенераторных установок. Тем не менее принцип их работы и внешний вид отличались друг от друга несущественно. Сердцем газгена является массивный бункер, в котором осуществляется сжигание твердого топлива. В зависимости от конструкции это могут быть древесные чурки, щепа, торф, уголь и даже отходы сельскохозяйственного производства, к примеру лузга. В результате сгорания материала образуется газообразная горючая смесь, в основе которой – окись углерода и водород с примесью балластных газов, таких как азот и углекислый газ. После прохождения процедуры очистки и охлаждения получившийся газ соединяется с воздухом и отправляется в карбюраторный двигатель внутреннего сгорания, который при этом сохраняет способность работать на привычном жидком топливе. И все бы хорошо, но следует помнить о прогрессии – чем больше объем двигателя, тем массивнее потребуется газогенераторное оборудование. Благо разместить его можно практически где угодно, в том числе в багажнике и даже на прицепе. И пусть вас не смущает, что в таком виде газогенераторная установка больше напоминает передвижной мангал.

В период войны в Германии, помимо прочего, был налажен выпуск нескольких легковых газогенераторных автомобилей, предназначенных для гражданского населения. Среди них – народный KDF, буржуазный Mercedes-Benz 230 и даже роскошный лимузин Adler Diplomat L4, чей карбюраторный мотор объемом 2,9 литра «приспособился» употреблять деревянные чурки.

В зависимости от вида твердого топлива газогенераторный автомобиль в среднем теряет от 20 до 60 процентов прежней мощности мотора, а полной заправки хватает лишь на сотню километров. И если на березовых и сосновых дровах коэффициент полезного действия остается довольно высоким, то на жмыхе и лузге далеко не уедешь. Хозяйке на заметку: мощность современных газогенераторных установок по-прежнему напрямую зависит от сортов топлива. Так что тем смельчакам, кто всерьез вознамерился дать бой постоянному росту цен на бензин, придется принять как данность, что помимо набора гаечных ключей и домкрата их надежными спутниками станут пила да топор.

Предыдущая фотография

Cамое удивительное, что история помнит случаи, когда на твердое топливо были переведены даже спортивные болиды. В период с 1943 по 1945 год на гоночной трассе Интерлагос, что располагается в Бразилии, для участия в соревнованиях допускались исключительно газогенные автомобили. Сезон 1944 года тогда выиграл знаменитый бразильский гонщик Шико Ланди на болиде Alfa-Romeo.

Следующая фотография

1
/
2

Cамое удивительное, что история помнит случаи, когда на твердое топливо были переведены даже спортивные болиды. В период с 1943 по 1945 год на гоночной трассе Интерлагос, что располагается в Бразилии, для участия в соревнованиях допускались исключительно газогенные автомобили. Сезон 1944 года тогда выиграл знаменитый бразильский гонщик Шико Ланди на болиде Alfa-Romeo.

Лес рубят – щепки летят

Идею использования газа, получаемого в результате сгорания твердого топлива, с целью приведения в движение различных транспортных средств придумали и впервые реализовали во Франции. Некоторые исследователи в качестве отправной точки указывают 1801 год, когда изобретатель светильного газа Филипп Лебон получил патент на газовый двигатель. Но то была лишь теория. Уже во второй половине XIX века свои рабочие образцы газовых двигателей представили бельгиец Этьен Ленуар и немец Николас Отто. Тем не менее первый полноценный газогенераторный автомобиль, способный работать на дровах и древесном угле, был представлен Томасом Паркером в 1901 году.

Последующие годы ознаменовались рядом практических экспериментов, наибольшую заинтересованность в которых продемонстрировала Франция, испытывавшая на тот момент значительный дефицит энергоресурсов. В середине нулевых первые газогенераторные трактора и грузовые автомобили прошли ряд испытаний в Марокко, а в 1914 году во Франции был запущен рейсовый автобус Berliet, курсировавший по маршруту Париж – Руан. Тогда же был выявлен ряд проблем существующих газогенераторных двигателей. Помимо относительно низкого коэффициента полезного действия, они оказались довольно чувствительны к качеству твердого топлива. Так что во избежание осаждения смол и порчи оборудования потребовалась дополнительная установка газоочистителя, что никак не могло положительно сказаться на массе и без того габаритной конструкции. На этом в истории газогенераторных моторов мог быть поставлен крест, но вмешалась другая история. Началась Первая мировая война, которая заставила воюющие стороны пересмотреть свои экономические приоритеты.

Предыдущая фотография

Газогенераторный автомобиль предъявляет повышенные требования к водителю. Ему приходится не только следить за исправной работой оборудования, но также заниматься заготовкой материала. Кроме того, в случае использования дров водитель должен удостовериться, что чурки не отсырели во время дождя и к тому же имеют подходящий размер, пригодный для загрузки в бункер. Учитывая эти и прочие сложности эксплуатации, многие воспринимали газогенераторные автомобили как обузу, от которой проще и надежнее избавиться.

Следующая фотография

1
/
2

Газогенераторный автомобиль предъявляет повышенные требования к водителю. Ему приходится не только следить за исправной работой оборудования, но также заниматься заготовкой материала. Кроме того, в случае использования дров водитель должен удостовериться, что чурки не отсырели во время дождя и к тому же имеют подходящий размер, пригодный для загрузки в бункер. Учитывая эти и прочие сложности эксплуатации, многие воспринимали газогенераторные автомобили как обузу, от которой проще и надежнее избавиться.

Альтернатива бензину

В начале двадцатых годов прошлого века многие страны, истощенные войной, наладили массовый выпуск газогенераторов. Среди них были Австрия, Швеция, Германия и, конечно же, Франция, которая к этому моменту достигла немалых успехов, одной из первых внедрив систему, разработанную изобретателем Георгом Имбертом. Принцип ее работы заключался в частично замещенном пиролизе, при котором уголь и древесина сжигаются в котле, а не в цилиндрах, как это осуществлялось ранее. При этом предполагались различные варианты компоновки оборудования как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости, что несколько расширяло возможности применения. Несмотря на наличие множества других систем, таких, например, как газогенераторы по разработкам Панара, Барбье, Макдональда, Круппа, Берлие и Гоена, устройство, изобретенное Имбертом, считалось одним из самых массовых вплоть до конца сороковых годов.

Накануне Второй мировой войны по дорогам Европы колесили около десятка тысяч газогенераторных автомобилей, построенных на базе серийных моделей. И это было лишь начало. После того как континент охватили боевые действия, в тылу дрова стали едва ли не единственной доступной альтернативой бензину, который отправляли прямиком на фронт.

А у нас в квартире ГАЗ

Главным идеологом газогенераторных двигателей в Стране Советов по праву считается профессор В.С. Наумов, также ставший создателем первой отечественной газогенераторной установки. В журнале «За рулем» за август 1928 года был опубликован материал, в котором Наумов ссылался на результаты французского опыта:

«Все эти конкурсы и пробеги показали, что переход грузовиков и тракторов с бензина и керосина на твердое топливо – на древесный уголь, антрацит и дрова – практически вполне возможен и сравнительно просто осуществим, причем при переходе с бензина на древесный уголь 1,3 килограмма последнего заменяет 1 литр бензина. Кроме заводов Франции и Бельгии, в этом деле работают и заводы других стран – Англии и Германии, а в последнее время – и Америки. У нас этому вопросу пока уделялось и уделяется очень мало внимания…»

И правительство Советского Союза обратило внимание на газогенераторные автомобили. С 1936 года был налажен серийный выпуск грузовиков ГАЗ-42, ЗИС-13 и ЗИС-21. Всего за время производства было выпущено около 50 тысяч единиц газогенераторной техники, поступившей в эксплуатацию в различных уголках страны.

Тем не менее в ходе использования был выявлен целый ряд нюансов, существенно осложнявших повседневную эксплуатацию. Помимо того что для успешного запуска газогенераторного двигателя требовалось приблизительно 20 минут, водителю приходилось соблюдать целый ряд обязательных правил. А их игнорирование приводило к простоям и ремонту.

Перевести свой старый автомобиль на «дрова» может практически любой желающий. Но все-таки лучше доверить это дело профессионалам. К примеру, немецкая компания Rinkemuhle в 1983 году улучшила экологические показатели знакомой всем Волги ГАЗ-24, правда, при этом слегка пострадал внешний вид «гордости советского автопрома». Как видно на фотографии, из отверстия в багажнике торчит массивный котел, а сзади на прицепе едет дополнительный запас топлива. Впрочем, газогенератор не всегда вносит коррективы во внешний вид. В самом начале войны тем же немцам удалось без видимых последствий спрятать бункер под капотом легкого армейского внедорожника Kubelwagen.

Перевести свой старый автомобиль на «дрова» может практически любой желающий. Но все-таки лучше доверить это дело профессионалам. К примеру, немецкая компания Rinkemuhle в 1983 году улучшила экологические показатели знакомой всем Волги ГАЗ-24, правда, при этом слегка пострадал внешний вид «гордости советского автопрома». Как видно на фотографии, из отверстия в багажнике торчит массивный котел, а сзади на прицепе едет дополнительный запас топлива. Впрочем, газогенератор не всегда вносит коррективы во внешний вид. В самом начале войны тем же немцам удалось без видимых последствий спрятать бункер под капотом легкого армейского внедорожника Kubelwagen.

К примеру, советский инженер Г.Г. Токарев писал: «Пуск в ход исправного газогенераторного автомобиля включает в себя заправку или догрузку бункера газогенератора топливом, розжиг газогенератора и запуск двигателя на газе. В газогенераторных установках, работающих с подачей водяного пара или имеющих барботажные очистители, при утреннем пуске необходимо заправить водой соответствующие емкости.

При работе на смолистых сортах твердого топлива (древесные чурки, торф, бурый уголь) перед загрузкой топлива в бункер порожнего газогенератора необходимо заполнить камеру газификации древесным углем или коксом газифицируемого топлива (на 50–100 мм выше фурменного пояса)».

При этом эксплуатация газогенераторного автомобиля существенно осложнялась в межсезонье. И не только потому, что дрова могли запросто отсыреть в дождливую погоду, но и потому, что тяжелые и маломощные грузовики то и дело вязли в осенней грязи. Это привело к тому, что большинство хозяйств без особого восторга принимали газогенераторные автомобили. После Второй мировой войны их количество неуклонно уменьшалось. А к 1954 году и вовсе практически сошло на нет.

Предыдущая фотография

Следующая фотография

1
/
2

Подкинь дровишек

Основная причина, по которой газогенераторы стали сдавать свои позиции во всем мире, кроется не столько в их недостатках, сколько в том, что бензин стал гораздо доступнее и дешевле, чем раньше. Но это не препятствует тому, что и по сей день находятся желающие переоборудовать свой автомобиль под эксплуатацию на дровяной тяге. Подобные маргиналы встречаются везде, в том числе и в России, но большинство их проживает в Скандинавских странах. Донорами выступают подержанные «Вольво» и «Саабы» – ведь главное преимущество газогенераторной установки как раз и заключается в том, что ею может быть оборудован практически любой автомобиль. В Америке под газген переделывают пикапы Dodge Ram…

Кстати, в 1989 году Федеральным агентством США по чрезвычайным ситуациям была выпущена брошюра, которая разъясняла гражданам, как быстро и эффективно перевести свой автомобиль на газогенераторную тягу в случае глобального дефицита нефти. Быть может, подобный «гайд» пригодился бы и нам. Тем более что современные газогенераторные системы избавились от множества недостатков своих предшественников, а умельцев, как и природных ресурсов, у нас всегда было хоть отбавляй.

Газогенератор – Жидкостные ракетные двигатели (J-2X, RS-25, общие)

С возвращением в конуру J-2X. В прошлый раз, когда мы встречались здесь, мы обсуждали основы того, что именно делает что-то ракетой. Как я объяснил, на концептуальном уровне ракеты на самом деле не являются «ракетостроением». Вы собираете компоненты топлива, поджигаете их и выбрасываете из задней части транспортного средства. Достаточно просто.
 
Хорошо, но как переместить такое количество топлива и произвести столько дыма и огня, чтобы привести в движение что-то такое большое, как, скажем, Сатурн V, который был более 300 футов в высоту и весил миллионы фунтов? Вот где все становится интересным и технически сложным. Как я уже говорил, все дело в силе. А чтобы получить мощность, вы используете двигатель.

Что делает ракетный двигатель двигателем, так это то, что он содержит больше, чем просто камеру сгорания, в которой смешивается топливо. Это механизм, который, будучи запущенным, сам себя питает и приводит в действие. Во время работы ракетный двигатель использует некоторый цикл — некоторую цепь трубопроводов, термодинамику, горение, клапаны, систему управления и вращающееся оборудование — чтобы поддерживать себя в рабочем состоянии и создавать тягу.

Подумайте о двигателе вашего автомобиля. Вы поворачиваете ключ, двигатель встает и запускается, а затем он может часами работать на холостом ходу, счастливо работая сам по себе, преобразовывая бензин и воздух в механическую энергию без вашего дополнительного участия. Вам не нужно вручную закачивать бензин в форсунки (или карбюратор). Вам не нужно подключать его к розетке, чтобы подать больше электроэнергии. Он самодостаточен, пока вы его не выключите или пока у вас не кончится бензин. Вот что действительно делает его двигателем. Это похоже на ракетный двигатель, за исключением того, что продуктом является не механическая энергия; продукт представляет собой очень быстро движущиеся газы, создающие большую тягу.

При концептуальном проектировании ракетного двигателя, с точки зрения превращения его в двигатель, всегда ставится цель: «Как поддерживать работу насосов?» Это чрезвычайно мощные насосы, перемещающие много-много жидкости, поэтому вам нужен мощный источник энергии для их привода. Ответ заключается в том, чтобы использовать то, что у вас уже есть в двигателе: топливо. Есть разные способы сделать это, и поэтому у вас разные «циклы» двигателя, т. е. расположение компонентов. Наиболее распространенными циклами ракетных двигателей являются цикл газогенератора (примеры включают J-2X, J-2, F-1, RS-68 и Vulcain 2 — см. рисунки выше), цикл детандера (примеры включают RL10 и Vinci) , и цикл ступенчатого сгорания (примеры включают главный двигатель космического корабля «Шаттл» и RS-170/180). В дополнение к ним существует множество других циклов и вариаций. Каждый отдельный цикл имеет свои преимущества и недостатки и, как правило, ограничения, связанные с физикой. Выбор правильного цикла для выполнения миссии обычно является первым решением, которое должен принять разработчик двигателя. Поскольку этот блог посвящен J-2X, я сосредоточусь на двигателе газогенераторного цикла.

В идеале, что вы хотели бы сделать с ракетным двигателем, так это максимально эффективно использовать все топливо, что означает, что вы хотели бы использовать все его для создания тяги. Однако в газогенераторном двигателе вы сразу идете на потерю некоторого КПД, чтобы добиться большей простоты двигателя. Вы почти полностью используете определенное количество топлива, подаваемого в двигатель, для поддержания работы двигателя, а не для создания тяги. На практике это означает, что у вас есть отдельная небольшая камера сгорания в двигателе, которая ничего не делает, кроме производства газов для привода турбин, соединенных с топливными насосами. По сравнению с большим количеством топлива, прокачиваемого через весь двигатель, его количество, поступающее в газогенератор, невелико (менее 3% для J-2X), но после того, как оно используется для привода турбомашин, выхлопные газы сбрасываются. его тягообразующая энергия.

Ниже приведена упрощенная схема газогенераторного ракетного двигателя типа J-2X. Топливо, жидкий водород (топливо) и жидкий кислород (окислитель) поступают в двигатель и сразу же поступают в насосы: топливный турбонасос (ТН) и окислительный турбонасос (ТН). Там механическая энергия вращающихся насосов превращается в высокое давление в жидком топливе.

После выхода из насосов небольшое количество каждого топлива отбирается для подачи в газогенератор (ГГ). По сути, GG представляет собой небольшой ракетный двигатель, встроенный в более крупный ракетный двигатель. Он производит горячие продукты сгорания под высоким давлением, пар и газообразный водород, которые используются для привода сначала турбины, соединенной с топливным насосом, а затем турбины, соединенной с насосом окислителя. После привода двух турбин этот еще теплый газ сначала используется для нагрева гелия, проходящего через теплообменник (HEX), который используется для повышения давления в кислородном баке ступени, а затем сбрасывается вдоль стенок насадки сопла, чтобы сохранить это относительно круто. Видео ниже представляет собой компонентный тест J-2X GG, выполненный в NASA MSFC. Даже при относительно небольшом количестве топлива, которое сжигает ГГ, выделяется огромное количество энергии для привода турбонасосов.