АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭНЕРГОУСТАНОВОК И ТЕХНОСИСТЕМ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО И КОСМИЧЕСКОГО БАЗИРОВАНИЯ

© В.А.Алтунин, К.В.Алтунин, Ф.Н.Дресвянников, Ю.Ф.Гортышов, В.А.Монда, М.Л.Яновская
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Проблемы ракетной и космической техники"
2011 г.

В своих трудах К.Э. Циолковский рассматривал различные пути увеличения эффективности, надёжности и безопасности двигательных установок, ракет и других летательных аппаратов. Он предсказывал применение жидких и газообразных углеводородов для рабочего тела (горючего) в ракетном двигателе, о применении электричества — для различных нужд при осуществлении запуска ракет в космос и космических путешествий. Проведен анализ истории исследования и применения электростатических полей, начиная с 1810 года. Составлены карты уровня исследований электростатических полей (и как их разновидности — электрического ветра) (Е) в жидких и газообразных углеводородных горючих (УВГ) и охладителях (УВО). Показано, что самое большое количество научных публикаций посвящено изучению Е на воздухе, в углекислом газе, в суспензиях и трансформаторных маслах при нормальных условиях. В бытовом керосине опыты проводились в 1960–1980-х годах. Влияние Е в газообразном метане вообще не исследовалось. Учёные, проводившие исследования в керосине, утверждали, что давление не влияет на увеличение коэффициента теплоотдачи при включённых Е, однако было установлено, что эти эксперименты были осуществлены лишь до 1,0 МПа.

Авторами доклада были созданы экспериментальные установки и проведены крупномасштабные исследования влияния Е на тепловые процессы в жидких (ТС-1, РГ-1) и газообразных (метан) УВГ и УВО в условиях их естественной и вынужденной конвекции в широком диапазоне параметров по давлению (включая критические и сверхкритические значения — для жидких) и температуре. Выявлены новые особенности влияния Е, которые подтверждены визуализацией на оптической установке Теплера. Установлено, что в жидких УВГ (УВО) при давлении более 1,0 МПа происходит увеличение коэффициента теплоотдачи до 650 %, а в газообразном метане — любое увеличение давления способствует интенсификации теплоотдачи. Обнаружен эффект предотвращения негативного процесса осадкообразования в жидких и газообразных УВГ (УВО), эффект уничтожения опасных термоакустических автоколебаний давления. Выявлено, что Е полностью заменяет кипение и псевдокипение жидкого УВГ (УВО) на электроконвекцию, отодвигает кризисную границу в сторону увеличения плотности теплового потока, что позволяет надёжно охлаждать ЭУМИ, ТСМИ, а также применять УВГ с повышенными теплотворными характеристиками.

Подробно показаны пути применения Е в энергоустановках и техносистемах многоразового использования (ЭУМИ, ТСМИ) за последние 40 лет. Это и космические электроракетные двигатели, и системы сдува газовых пузырей с сеток топливных фильтров ЖРД, и обеспечение электрораспыла УВГ и др. жидкостей, и обеспечение ионизационного контроля горения УВГ, и интенсификация процесса горения, и конверсия жидкого УВГ (УВО) с образованием газообразного УВГ с дальнейшим его эффективным сжиганием в ЭУМИ космических летательных аппаратов, и полная предтопливная подготовка (смешение, ионизация и гомогенизация сразу двух и более топлив, образование нового топлива с повышенными характеристиками по качеству и полноте распыла, по экологичности сжигания), и тепловые жидкостные приборы по замеру гравитации и др.

На основе экспериментальных исследований авторами разработаны, запатентованы и внедрены в работу НИИ, КБ, ВУЗов новые конструктивные схемы топливно-охлаждающих каналов, фильтров, форсунок, ЭУМИ (ЖРД, ВРД и др.), ТСМИ, их систем контроля без применения Е, с их применением, гибридные. Предложены новые конструктивные схемы с многогранным применением Е для перспективной космической техники, которую разрабатывают для полётов на Луну и на Марс. Применение новых знаний о возможностях Е будет способствовать созданию новых ЭУМИ и ТСМИ XXI века с повышенными характеристиками по эффективности, надёжности, экономичности и экологичности.