Новому реактивному двигателю не нужно топливо

Китайские инженеры испытали опытный образец двигателя, работающего благодаря воздушной плазме, которой передается индукция В конструкции двигателя микроволны используются для нагрева воздуха до высокой температуры, после чего раскаленный воздух выходит под давлением и создает тягу.

Чтобы измерить силу тяги и давление струи плазмы при разных параметрах мощности микроволн и скорости потока воздуха, разработчики применили самодельный прибор. В результате эксперимента было продемонстрировано, что при одинаковом потреблении электроэнергии тяговая сила нового плазменного двигателя сопоставима с тягой обычных реактивных двигателей, использующих горючее топливо. Следовательно, такой двигатель, работающий без загрязняющих атмосферу выбросов углерода, может найти применение в электросамолетах. Сейчас в них применяют винтовые двигатели. Результаты этой работы зафиксированы в журнале AIP Advances.

Новый двигатель работает без выбросов углерода в атмосферу

Принцип работы обычного реактивного двигателя основан на законе сохранения импульса: масса воздуха выталкивается назад, поэтому рабочее тело с ускорением движется вперед. Традиционный воздушно-реактивный двигатель функционирует за счет сжигания топлива в кислороде воздуха под высоким давлением: смесь воздуха и топлива раскаляется и под давлением выталкивается из двигателя.

В электросамолетах горючее топливо не используется — здесь нужен другой вариант двигателя. В плазменных двигателях, которые разрабатывались для этой цели, тело ускоряется за счет давления плазмы, полученной при помощи ионизации воздуха электрическим разрядом. Проблема подобных двигателей заключалась в их габаритах: чтобы выдавать высокую тягу, двигатель должен быть очень громоздким.

Инженеры из Уханьского университета попробовали нагреть воздух микроволнами в конструкции, которая включает в себя кварцевую трубку, магнетрон (источник микроволн) мощностью 1 кВт при частоте волн 2,45 ГГц, циркулятор и плоский волновод. Микроволны, поступающие от магнетрона, в трубке греют воздух, который превращается в плазму и под высоким давлением выбрасывается наружу, генерируя тягу. Охлаждение циркулятора и магнетрона происходит за счет водяного контура конструкции.

Схема конструкции воздушно-реактивного двигателя. Изображение: Dan Ye, Jun Li, Jau Tang // AIP Advances

Чтобы оценить уровень давления горячей плазмы при температуре более 1000 °C, когда обычный прибор может быть поврежден, ученые разработали методику, основанную на использовании стального шарика с регулируемой массой. Давление определялось в соответствии с той массой, при которой шарик начинал греметь. На основе полученных данных разработчики высчитали тяговую силу и давление потока плазмы.

При мощности в 1 кВт тяга составляет 28 Н, и на площадь сечения 1 кв.м удельная тяга равна 24 кН. А эти показатели уже сопоставимы с современными керосиновыми двигателями, то есть новое устройство способно работать в самолетах.

В будущем тягу и эффективность разработки можно значительно повысить, если увеличится температура потока выходящей плазмы. Для этого потребуются материалы с хорошей термостойкостью.