Что такое безинерционный двигатель

Что такое безинерционный двигатель

Признание западных СМИ: «отличный и опасный» Появление на российской авиабазе Хмеймим в Сирии новейших истребителей Су-35С вызвало интерес как российской прессы, так и ряда зарубежных изданий. Об этом, в частности, написали немецкий журнал Stern, американские издания The National Interest и The Washington Times.

Как отмечает Stern, российский Су-35С считается на сегодняшний день самым опасным истребителем в мире, если не считать американского самолета 5-го поколения F-22. Журнал также пишет, что самолет имеет высокую маневренность, оборудован новой радиолокационной станцией «Ирбис» и улучшенными двигателями. Изание подчеркивает, что, обладая высокими характеристиками, Су-35 стоит достаточно дешево по сравнению с наиболее продвинутыми западными образцами. Stern прогнозирует российскому истребителю успех на мировом рынке оружия.

The National Interest, в частности, процитировал слова высокопоставленного чиновника из Пентагона, назвавшего эти истребители «отличными и опасными самолетами, особенно если построить их в большом количестве». Чиновник сравнил Су-35 с американскими самолетами и отметил, что F-15 и F/A-18E при встрече с российским самолетом будут «заняты по горло».

Как пишет, в свою очередь, газета The Washington Times, переброска истребителей в Сирию является сигналом для Турции: Су-35 вместе с С-400 дает России возможность защитить свои самолеты в любой точке ближневосточного региона с помощью вооружения, которое превосходит оружие НАТО.

Проверка боем: «ему нет равных»

Как рассказал ТАСС бывший начальник 4-го центра боевого применения и переучивания летного состава ВКС в Липецке генерал-майор Александр Харчевский, новейшие истребители Су-35 смогут не только пройти проверку в боевых условиях Сирии, но и внести свой вклад в уничтожение наземных целей боевиков. По словам генерала, Су-35, как и ранее отправленные в Сирию Су-30СМ, способны «одинаково эффективно решать задачи как по воздушным, так и по наземным целям».

«Су-35, используя сверхвысокие маневренные характеристики при ведении воздушного боя, в чем ему нет равных, с таким же успехом могут применять средства поражения по земле»,- Александр Харчевский, генерал-майор.

Еще одна цель переброски новейших самолетов в Сирию – их испытания в боевых условиях. Они «очень важны со всех точек зрения». «Такой возможностью «посмотреть и проверить в деле» нашу новую авиатехнику пренебрегать было нельзя, и она полностью используется», — Александр Харчевский, генерал-майор.

Сверхманевренный и всепогодный

Российский многоцелевой сверхзвуковой сверхманевренный истребитель Су-35С относится к поколению 4++. Он был разработан в 2000-х годах опытно-конструкторским бюро им. П.О. Сухого на основе фронтового истребителя Су-27. Первый полет Су-35 совершил 19 февраля 2008 года, самолет пилотировал заслуженный летчик-испытатель РФ Сергей Богдан. С 2011 года истребитель серийно производится на Комсомольском-на-Амуре авиационном заводе имени Ю.А. Гагарина (КнААЗ).

19 ноября 2015 года государственная корпорация «Ростех» объявила о заключении контракта на поставку в Китай 24 истребителей Су-35, КНР станет первым иностранным покупателем этих самолетов. Аэродинамическая схема самолета выполнена в виде двухдвигательного высокоплана с трехопорным убирающимся шасси с передней стойкой. Су-35 оборудован турбореактивными двигателями с форсажной камерой и управляемым в одной плоскости вектором тяги АЛ-41Ф1С разработки Научно-производственного объединения «Сатурн» (г. Рыбинск, Ярославская область). За сверхманевренность Су-35 отвечает двигатель 117С. Он разработан на основе своих предшественников АЛ-31Ф, устанавливаемых на самолеты Су-27, но отличается от них увеличенной тягой 14,5 тонны (против 12,5), большим ресурсом и пониженным расходом топлива.

Длина самолета – 21,9 м, размах крыла – 14,75 м, высота – 5,9 м. Максимальная взлетная масса – 34 тыс. 500 кг, максимальная скорость – 2 тыс. 500 км/ч, максимальная дальность полета без подвесных топливных баков (ПТБ) – 3 тыс. 600 км, с ПТБ – 4 тыс. 500 км. Практический потолок – 20 тыс. м. Экипаж состоит из одного человека. Назначенный производителем ресурс самолета – 6 тыс. часов или 30 лет, ресурс двигателей – 4 тыс. часов.

На Су-35 – 12 узлов внешней подвески для крепления высокоточных ракет и авиабомб. Еще два – для размещения контейнеров РЭБ. В состав вооружения Су-35 входит целый набор управляемых ракет типа «воздух — воздух» и «воздух — поверхность», а также неуправляемые ракеты и авиабомбы различных калибров. По номенклатуре бомбардировочного и неуправляемого ракетного вооружения Су-35 в целом не отличается от сегодняшних Су-30МК, но в перспективе на нем смогут применяться усовершенствованные и новые модели авиабомб, в том числе с лазерной коррекцией. Максимальная масса боевой нагрузки составляет 8000 кг. Истребитель также оснащен пушкой ГШ-30-1 калибра 30 мм (боезапас – 150 патронов).

Глаза и уши истребителя

От самолета пятого поколения на Су-35 кабина пилотов. В отличие от Су-27, в ней нет аналоговых приборов с привычными стрелками. Вместо них два больших цветных жидкокристаллических экрана. Поэтому на нем, как в обычном телевизоре, в режиме «картинка в картинке» отображается вся необходимая пилоту информация. Также на Су-35 впервые стоит отечественный безинерционный навигационный комплекс — БИНС. Это электронно-механический прибор, без которого ни один истребитель сегодня не может считаться современным. Его задача — собирать и анализировать всю полетную информацию и обеспечивать вылет и возвращение самолета на свой аэродром. Кроме этого, на истребителе стоит перспективный радиолокационный комплекс с фазированной антенной решеткой «Ирбис», обладающий уникальными на сегодняшний день характеристиками по дальности обнаружения целей.

Первоначально название Су-35 носила модернизация фронтового истребителя Су-27, разработанная в 1980-х гг. и впоследствии послужившая основой для экспериментального сверхманевренного истребителя Су-37 (проект закрыт, наработки использованы при создании «нового» Су-35 в 2000-х гг.). Су-35С – основная модификация для ВКС России. В отличие от «первоначального» Су-35, в частности, не имеет переднего горизонтального оперения и тормозного щитка.

Истребитель Су-35С стал финальной ступенью перед появлением в ВКС России истребителей пятого поколения Т-50 (ПАК ФА). Планируется, что его серийное производство должно начаться в 2017 году, и тогда же самолет начнет поступать на вооружение строевых частей ВКС РФ. Но даже при наличии Т-50 истребитель Су-35С будет очень эффективной боевой машиной, обладающей большим модернизационным потенциалом.

Тест: влияние микрошагового режима на крутящий момент шагового двигателя.

В некоторых математических моделях шагового двигателя предполагается, что при использовании микрошагового режима крутящий момент значительно ниже, чем при использовании полного шага или полушага. Обоснованием данного утверждения является прежде всего то, что при полном шаге на обмотки от начала до конца подается полное напряжение питания, что должно вызвать соответствующее изменение тока в обмотках, тогда как в микрошаговом режиме драйвер регулирует подачу тока таким образом, чтобы график его был близок к синусоиде. В результате энергия, поданная в обмотки в полном шаге, должна превышать энергию микрошага примерно на квадратный корень из 2, т.е. примерно 40%, что должно вызвать соответствующее увеличение крутящего момента двигателя. Однако, в противоположность чистой теории на практике многие отмечают, что микрошаговый режим — напротив, увеличивает крутящий момент, позволяет увеличить скорости и ускорения станка с ЧПУ. Скорее всего, дело в том, что математическая модель расчета момента ШД, основанная на учете чисто энергии обмоток — несовершенна, и не учитывает множества паразитных механических и электромагнитных процессов, происходящих при движении ротора шагового двигателя, в результате которых далеко не вся энергия, подаваемая в обмотки трансформируется в кинетическую энергию ротора. В результате вибраций и резонансных явлений большая часть энергии расходуется впустую.

Для точной проверки данного положения был поставлен эксперимент по влиянию микрошага на крутящий момент шагового двигателя. Было использовано следующее оборудование:

1. Стенд для измерения момента, состоящий из тензодатчика, контроллера с индикацией момента, и электромагнитного тормоза. Разрешение контроллера — 0.001 Нм, для нивелирования погрешности будем выполнять несколько замеров. Электромагнитный тормоз — безинерционный, т.е. в любой момент времени выдает одинаковое усилие на валу.
2. Шаговый двигатель ST57-100, ток 4.2 А, момент 2.1 Нм
3. Драйвер Yako YKC2608M-H. Режимы деления шага для тестирования — 1/2(минимально возможное для драйвера) и 1/20.
4. Источник питания S-350-48, выходное напряжение установлено в 45 В.
5. Генератор прямоугольных импульсов

Методика тестирования: двигатель с нагрузкой 0.2 Нм разгоняется до скорости тестирования, затем момент на валу плавно увеличивается до срыва или пропуска шагов. В каждом режиме производилось по 7 замеров, дисперсия для каждой выборки не превышает 0.002, поэтому в таблицах приводятся только средние значения как вполне отражающие всю выборку.

Сперва двигатель был протестирован на 4 скоростных режимах — 30 об/мин, 100, 300 и 600,

Момент двигателя ST57-100 при вращении драйвером YKC2608M-H при напряжении 45 В, ток 3.14 А.

Как видно из таблицы, микрошаг не оказывает никакого негативного влияния на крутящий момент, а в резонансной области мотора(около 100 об/мин) — наоборот, увеличивает его вдвое, или если быть точным, не дает ему упасть на эту величину.

Также можно видеть, что момент двигателя не дотягивает до паспортных 2.1 Нм идолго сохраняет свое значение с увеличением оборотов. Это следствие заниженного тока фазы — если обратить внимание заголовок таблицы, ток фазы выбран 3.14 вместо паспортного 4.2 А. Увеличим ток до 4.28 А и повторим тесты, проведя дополнительные замеры на более высокой скорости — 1050 об/мин . В конце концов, именно на высоких скоростях возникают проблемы с крутящим моментом(некруглое число выбрано для удобства установки частоты на генераторе импульсов).

Момент двигателя ST57-100 при вращении драйвером YKC2608M-H при напряжении 45 В, ток 4.28 А.

И опять замеры однозначно показывают, что если высокое деление шага и влияет на крутящий момент, то исключительно положительным образом. Причем влияние немного растет вместе со скоростью вращения. В последней строке указан «контрольный замер», сделанный на одном из лучших драйверов в своем классе — Leadshine EM705. На нем был выбран ток фазы 4.2 А, деление шага 1/20 и выполнена быстрая подстройка драйвера под двигатель с пом. переключателя SW4. Вопреки ожиданиям, этот прекрасный драйвер, выигрывая по эстетическим характеристикам движения(шум, вибрации, плавность) — несколько уступил по крутящему моменту драйверу от Yako. Возможно, в будущем мы проведем более подробные сравнительные исследования моментных и скоростных характеристик драйверов разных брендов.

Немецкие физики подтвердили работоспособность «невозможного» двигателя на электромагнитной тяге

Немецкие учёные подтвердили, что «невозможный» двигатель на базе электромагнитных волн действительно может создавать ненулевую тягу. Результаты своего исследования они презентовали 27 июля на конференции, посвящённой двигателям и энергетике, которую проводил Американский институт аэронавтики и астронавтики. Представлял работу профессор Мартин Таджмар из Дрезденского технологического университета.

Британский подданный и инженер Роджер Шойер основал компанию Satellite Propulsion Research Ltd в 2001 году специально для разработки электромагнитного двигателя (EmDrive) собственной конструкции. Инженер ранее работал в военной промышленности, принимал участие в космических проектах, включая разработку европейской системы глобальной навигации «Галилео».

Придуманный им двигатель на первый взгляд нарушает закон сохранения импульса — он создаёт тягу из-за отражения электромагнитного излучения от стенок отражательной камеры без какого бы то ни было реактивного выброса. Из-за сомнительной природы двигателя его долго не принимали всерьёз, однако, за проверку работоспособности в конце концов принялось НАСА — агентство с достаточно хорошей репутацией.

Испытания были проведены в прошлом году, и по их результатам агентство в апреле 2014 на конференции по двигателям подтвердило, что двигатель, испытанный ими, действительно создаёт (пусть и небольшую, 30-50 мкН) тягу. Отсутствие нарушений законов физики создатели двигателя объясняют тем, что движущиеся с околосветовыми скоростями магнитные волны подчиняются СТО, поэтому волны и камера находятся в разных системах отсчёта.

За проверку отвечал профессор Гарольд Уайт, который представил свою теоретическую модель работы двигателя. Он считает, что ускорение системе придают виртуальные частицы, которые рождаются в квантовом вакууме и ведут себя так же, как рабочее тело в ионных двигателях — только в данном случае рабочее тело извлекается из «самой ткани пространства-времени», что позволяет не тащить его с собой.

В презентации этого года профессор Мартин Таджмар указывает, что он с командой провели в лаборатории все тесты и подтвердили наличие реальной тяги у двигателя. При этом, как честно указывает учёный, «природа наблюдаемой тяги пока не ясна».

Как говорится в презентации: «Мы пронаблюдали тягу, совпадающую с предсказанными значениями, устранив при этом очень много возможных источников ошибок, что даёт основание для дальнейших исследований. На следующих этапах необходимо будет применить улучшенную магнитную изоляцию, дальнейшее проведение тестов в вакууме и улучшенные модели двигателя с увеличенными показателями тяги, и применением электронного управления, которое позволит настраивать устройство для поиска оптимального режима работы».

Придётся ли учёным переписать кое-какие представления о физических процессах, или же работа этого двигателя вполне объяснима с текущих научных позиций — покажет время. Но повторное подтверждение достаточно авторитетными исследователями даёт повод для осторожного оптимизма.

Интерес к устройству постоянно усиливается. Если на первых порах никто не принимал Шойера всерьёз, в частности, из-за отсутствия у него опубликованных научных работ, то сейчас у него есть и научная работа, и подтверждения работоспособности его детища. Конструкция аппарата гораздо проще, чем, например, те же ионные двигатели, и находится ближе к возможности создания «у себя в гараже».

На тему EmDrive существует уже неплохо наполненная википедия (на английском языке). В мае 2015 года румынский инженер собрал EmDrive самостоятельно и провёл независимое исследование работы этого «ведра с магнетроном», в результате чего также получил подтверждение работоспособности.

Если представить на минуту, что таким двигателем получится оснастить реальный межпланетный аппарат, это откроет невиданные доселе возможности для изучения Солнечной системы. Тот же полёт к Плутону, который у New Horions занял 9 с половиною лет, может быть осуществлён с двигателем типа EmDrive за 18 месяцев. И это только с учётом той тяги, которая была получена в лаборатории на сегодняшний день. Секрет в том, что такой двигатель сможет постоянно ускоряться, а не просто лететь по баллистической траектории.

Двигатель EmDrive: может ли машина нарушить законы физики

Уникальная установка способна, к примеру, двигать в вакууме космический корабль. не используя топливо. Так почему же многие ученые считали (а некоторые продолжают считать до сих пор), что это изобретение — чистой воды шарлатанство?

Как работает EmDrive

Впервые концепция электромагнитной двигательной установки была опубликована еще в далеком 2002 году британской исследовательской компанией Satellite Propulsion Research, основанной аэрокосмическим инженером Роджером Шойером. Тогда же общественности был представлен и первый действующий прототип устройства. Да-да, именно знаменитые «британские ученые» изобрели фантастический двигатель, вызвавший волну скепсиса со стороны научного сообщества.

Дело в том, что EmDrive бросает вызов всем существующим законам физики (об этом мы уже писали). Его конструкция представляет собой магнетрон, генерирующий микроволны, а также резонатор высокой добротности — металлическое «ведро», ловушку для микроволн в форме герметичного конуса. Магнетрон (в повседневной жизни именно он обеспечивает работу микроволновых печей) связан с резонатором высокочастотной линией передачи, то есть обычным коаксиальным кабелем. Поступая в резонатор, ЭМ волна излучается в стороны обоих торцов с одинаковой фазовой скоростью, но с разной групповой скоростью — именно этим, по мнению создателя, и обусловлен эффект.

В чем состоит различие между этими двумя скоростями? Попадая в замкнутое пространство, электроны начинают распространяться в нем, отражаясь от внутренних стенок резонатора. Фазовая скорость — это скорость относительно отражающей поверхности, которая, по факту, определяет скорость перемещения электронов. Поскольку электроны попадают в камеру в из одного и того же источника, эта величина и в самом деле едина для всех. Групповая скорость, в свою очередь, представляет собой скорость электронов относительно торцевой стенки и возрастает по мере движения от узкой к широкой части конуса. Таким образом, по мнению Шойера, давление ЭМ волны на широкую стенку резонатора больше, чем на узкую, что и создает тягу.

Двигатель против ньютоновской физики

Так почему же ученые с этим не согласны? Основной претензией физиков является то, что принцип работы описываемой конструкции прямо противоречит третьему закону Ньютона, который гласит, что «действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе — взаимодействия двух тел друг на друга между собою равны и направлены в противоположные стороны». Говоря проще, в привычном нам пространстве на каждое действие приходится противодействие, равное по силе, но противоположное по направлению. Этот принцип объясняет причину работы всех современных двигателей, от реактивных (газ подается назад, что двигает машину вперед) до ионных (пучок заряженных атомов движется в одну сторону, а корабль в другую). У EmDrive выбросов же попросту. нет.

Кроме того, неучтенными остаются еще несколько не столь важных параметров. К примеру, автор концепции не учел то, что ЭМ волна оказывает давление не только на торцевые, но и на боковые стенки резонатора. После критики в свой адрес Шойер опубликовал нерецензированную работу с объяснениями своей точки зрения, но, по мнению экспертов, теория радиационного давления сложнее представленной им теории.

Технологии на грани фантастики

В 2013 году двигателем заинтересовалось NASA. Неудивительно: если EmDrive и в самом деле работает так, как заявлено, то это станет настоящей революцией в сфере космических перелетов. Устройство испытывали в лаборатории Eagleworks в космическом центре имени Джонсона. Работы проводились под руководством Гарольда Уайта, и в их ходе был получен аномальный результат — тяга величиной около 0,0001 Н. Уайт считает, что такой резонатор может работать посредством создания виртуального плазменного тороида, который реализует тягу с помощью магнитной гидродинамики при квантовых колебаниях вакуума. Условия для испытаний были выбраны щадящие, в 50 раз меньше по мощности, чем опыты самого Шойера. Они проходили на крутильном маятнике для малых сил, который способен обнаруживать силы в десятки микроньютонов, в герметичной вакуумной камере из нержавеющей стали при комнатной температуре воздуха и нормальном атмосферном давлении.