ТЕРМОЭМИССИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ ТЕПЛОВУЮ ЭНЕРГИЮ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО НАГРЕВА ГИПЕРЗВУКОВОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

© А.В.Колычев
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Проблемы ракетной и космической техники"
2009 г.

В настоящее время в ракетно-космической и авиационной технике перспективным является направление создания и освоения гиперзвуковых технологий. Освоение и применение этих технологий позволит создавать летательные аппараты (ЛА), которые смогут двигаться в атмосфере с гиперзвуковыми скоростями, а также ставить и выполнять задачи, недоступные для современных типов ЛА. Одной из существенных проблем является интенсивный тепловой нагрев элементов конструкции корпусов гиперзвуковых летательных аппаратов (ГЛА) при движении в атмосфере.

Но существует возможность преобразовывать тепловую энергию аэродинамического нагрева в электричество с помощью специальных устройств – термоэмиссионных преобразователей, в основе функционирования которых лежит явление испускания электронов поверхностью нагретого металла, называемой термоэлектронной эмиссией. Коэффициент полезного действия (КПД) таких преобразователей в настоящий момент составляет 10-20%. В данной работе исследуется возможность установки ТЭП на различные участки корпуса ГЛА, особенно в места наиболее теплонапряжённые: как то носовая часть, передние кромки аэродинамических поверхностей, и др.

Таким образом, установка ТЭП на ГЛА даёт возможность получения значительных количеств электрической энергии и снижения при этом теплового воздействия на элементы конструкции ГЛА ввиду преобразования тепловой энергии в электричество с известным КПД. При этом наличие дополнительных источников электрической энергии в виде ТЭП позволяет рассматривать установку различных агрегатов и устройств на борту ГЛА, требующих значительных количеств электрической энергии.

На основе гиперзвуковых технологий возможно создание систем выведения нового поколения – воздушно-космических самолетов (ВКС). Основные их преимущества заключаются в симбиозе ракетных и авиационных технологий: а именно в выводе на орбиту полезного груза при многократности использования конструкции, простоте и низкой стоимости эксплуатации. При установке ТЭП на ВКС появляется потенциал получения электрической энергии и за пределами атмосферы. В этом случае для обеспечения работы ТЭП предполагается использование неисчерпаемой солнечной энергии, что позволит в перспективе получать электрическую энергию в количествах, сравнимых с полётом в атмосфере. Для обеспечения функционирования ТЭП ВКС необходимо наличие концентратора солнечной энергии и следящей системы. Их можно расположить на орбитальном спутнике, который стыкуется с ВКС при выходе на орбиту, а после расстыковки остаётся на орбите для обеспечения работы ТЭП другого ВКС. Таким образом, ТЭП, установленный на ВКС, может обеспечить получение электрической энергии на всех этапах полёта. Данное обстоятельство выгодно отличает ТЭП как источник получения значительных количеств электрической энергии на борту ГЛА от других бортовых источников получения электричества при движении в атмосфере с гиперзвуковыми скоростями.