Электроэнергетические и энергосиловые установки с АЛГД-генераторами специального назначения

Наряду с народнохозяйственными МГДГ разрабатываются концепции мощных электроэнергетических установок с использованием МГД-преобразователей различного специального назначения. Эти работы ведутся по двум ключевым направлениям: импульсные и стационарные энергоисточники. В их числе — разработка на основе импульсных МГДГ автономных энергоустановок (АЭУ) кратковременно-периодического действия (с длительностью работы от единиц и десятков до сотен секунд, мощностью 10—100 МВт и более) для питания импульсных потребителей с форсированными кратковременными режимами работы на самолетах и космических летательных аппаратах(Л А)[111, 112].

Для бортовых МГДГ целесообразно использовать рабочие тела, содержащие компоненты, применяемые в штатных топливах для маршевых двигателей Л А. Перспективным для МГДГ па Л А является криогенное (жидкое) топливо Н + 0 с добавкой легкоионизиру- ющих присадок, обеспечивающее скорость газа 3 км/с, его температуру ~ 3000 К, электропроводность ~ 20 мо/м, удельный энергосъем W ~ 2 МДж/кг.

Проведенные исследования показывают возможность повышения удельного энергосъема МГД-установок в 3—4 раза путем перехода на жидкие и порошкообразные топлива и дисковые (тороидальной формы) МГД-каналы. Об этом свидетельствуют также американские проекты, выполненные по программе СОИ. В частности, в МГД-установке с дисковыми каналами на топливе: алюми- пизированный мопометилгидразин + азотная кислота — был получен удельный энергосъем 2 МДж/кг [113]. Использование неравновесной плазмы (водород, нагретый в ядерном реакторе) в МГД-установке с дисковыми каналами позволил повысить удельный энергосъем до 20 МДж/кг [114].

Масса и габариты импульсных МГДГ в значительной степени определяются типом и параметрами магнитной системы (МС), выбор которой во многом зависит от целевого назначения энергоисточника. В МГДГ для бортовых АЭУ наиболее рациональны сверхпроводниковые МС (СГ1МС) и криопроводниковые МС (КГ1МС), позволяющие получить в активной зоне МГДГ магнитные поля 3—6 Тл при значе-

3 2

ниях средней плотности тока в обмотках (2-н4)'10 А/м . Криопроводниковые МС, обмотки которых выполняются из сверхчистого алюминия А999, несколько проще, чем СПМС. Их целесообразно использовать, когда на борту ЛА имеются низкокипящие компоненты топлива, например жидкий водород, в то время как сверхпроводниковые МС требуют наличия жидкого гелия на борту ЛА.

Одним из перспективных направлений улучшения массогабаритных показателей и повышения надежности МС МГДГ является разработка обмоток на основе высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП). Их внедрение позволит существенно упростить систему криостатирования, увеличить плотность тока и повысить уровень магнитного поля [115].

В США первые успешные испытания МГДГ, являющихся прототипами бортовых энергоисточников, были проведены еще в 1970-е годы [116]: генератор фирмы AVCO мощностью ~ 2 МВт, генератор K1VA-1 мощностью ~ 1 МВт (база ВВС США в Райт-Паттерсоне). Конечной целью поэтапного выполнения программы VIKING являлось создание легкой транспортабельной МГД-установки мощностью 10—300 МВт, с временем работы 1—10 мин, удельной мощностью 500—1000 МВт/м3 и удельной энергией 1,5—2,0 МДж с 1 кг топлива [117].

Концепция использования МГДГ в качестве стационарных бортовых источников на ЛА (как правило, космического базирования) предусматривает их интегрирование в мощные электроэнергетические установки (МГДГ + ядерпый реактор) или энергосиловые (двигательные) системы (МГДГ, встроенные в сопла ракетных и ядерных двигателей) для обеспечения достаточно длительных орбитальных и дальних космических полетов [118].

В основном такие установки разрабатываются для космических ЛА. В качестве источника электропроводящего газа в них рассматриваются ядерные реакторы с твердофазной, жидкой и газофазной активной зоной. Реакторы последнего типа обеспечивают наиболее высокие значения параметров электропроводного газа в МГДГ (температура ~ 5000—9000 К, скорость ~ 10 км/с, проводимость ~ 300 мо/м, удельный энергосъем 100 МДж/кг).

Разработки АЭУ с МГДГ и ядерными реакторами проводятся с середины 1960-х годов. Существенные технические трудности, связанные с созданием ядерных реакторов, сдерживают практическую реализацию подобных систем.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >