Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Зип-топливо , также известное как высокоэнергетическое топливо ( HEF ), представляет собой любой член семейства реактивных топлив, содержащих добавки в виде соединений бора или борана . Топливо Zip обладает более высокой плотностью энергии, чем обычное топливо, что помогает расширить диапазон реактивных самолетов. В 1950-х годах, когда небольшая дальность полета реактивных самолетов была серьезной проблемой для военных плановиков, горючее для застежки-молнии было предметом серьезных исследований.

Ряд самолетов был разработан с использованием застежки-молнии, в том числе XB-70 Valkyrie , XF-108 Rapier , а также BOMARC и даже программа самолетов с ядерными двигателями . Военно-морской флот рассмотрел вопрос о переводе всех своих реактивных двигателей на Zip и начал исследования по переоборудованию своих авианосцев для безопасного хранения.

В ходе испытаний выяснилось, что у топлива есть несколько серьезных проблем, и в 1959 году вся работа была прекращена.

Описание [ править ]

Топливо с самой высокой плотностью энергии, наблюдаемое в обычных комбинациях ракетного топлива, - это водород . Однако газообразный водород имеет очень низкую плотность; сжиженный водород имеет более высокую плотность, но его сложно и дорого хранить. В сочетании с другими элементами, такими как углерод, водород может быть превращен в легко сжигаемое углеводородное топливо. Другие элементы, такие как алюминий и бериллий, имеют даже более высокое энергосодержание, чем углерод, но плохо смешиваются, образуя стабильное топливо, которое можно легко сжечь. [1]

Из всех элементов с малой массой бор обладает сочетанием высокой энергии, малого веса и широкой доступности, что делает его интересным в качестве потенциального топлива. [1] Бораны обладают высокой удельной энергией , около 70 000 кДж / кг (30 000 БТЕ / фунт). Это выгодно отличается от типичного топлива на основе керосина , такого как JP-4 или RP-1 , которое обеспечивает около 42000 кДж / кг (18000 БТЕ / фунт). [2] Они не подходят для сжигания в качестве топлива сами по себе, поскольку они часто склонны к самовоспламенению при контакте с воздухом, что делает их опасными в обращении. [3]

При смешивании с обычным топливом для реактивных двигателей они увеличивают энергосодержание, становясь при этом более стабильными. В целом, топливо с повышенным содержанием бора обеспечивает до 140% плотности энергии обычного JP-4 как по массе, так и по объему. [3] [4] В США было исследовано целое семейство видов топлива, которые обычно назывались именами, присвоенными им во время проекта ВВС HEF: HEF-1 (этилдиборан), HEF-2 (пропилпентаборан), HEF- 3 (этилдекаборан), HEF-4 (метилдекаборан) и HEF-5 (этилацетилендекаборан). [4]

Все виды топлива на молнии имеют ряд недостатков. Во-первых, топливо токсично, как и его выхлоп. В полете это мало беспокоило, но серьезно беспокоило наземных экипажей, обслуживающих самолет. Топливо сгорает, образуя твердые частицы, которые являются как липкими, так и коррозионными, а твердые частицы карбида бора являются абразивными. Это вызвало серьезные проблемы с лопатками турбин в реактивных двигателях, где выхлопные газы накапливались на лопатках и снижали их эффективность, а иногда приводили к катастрофическим отказам двигателя. [5] [6] Наконец, выхлопной шлейф заполнен частицами, например угольным дымом, что позволяет визуально обнаружить самолет с большого расстояния.

В конце концов, проблема сгорания HEF во всем двигателе оказалась неразрешимой. Удаление наростов было трудным, а вызванный им износ - это то, с чем не могла справиться наука о материалах. Можно было относительно легко сжечь его в форсажной камере , но это будет эффективно только на самолетах, которые использовали форсажную камеру в течение продолжительных периодов времени. В сочетании с высокими затратами на производство топлива и проблемами токсичности стоимость молниеносного топлива серьезно снизилась.

После того, как интерес к реактивному топливу пошел на убыль, некоторые мелкие работы в качестве ракетного топлива продолжились. Это тоже оказалось тупиком, поскольку твердые оксиды бора в продуктах сгорания мешали ожидаемой термодинамике, и преимущества тяги не могли быть реализованы.

История [ править ]

Несколько исследований были сделаны в boronated топлива на протяжении многих лет, начиная с армией США ракетой связанных проекта HERMES в конце 1940 года ВМС США Бюро по аэронавтике «s Project ZIP в 1952 году, [3] и в ВВС США » Проект сек HEF (высокоэнергетическое топливо) в 1955 году. [7] На протяжении большей части 1950-х годов топливо с застежкой-молнией считалось «следующей большой вещью», и на эти проекты были израсходованы значительные средства, чтобы ввести их в действие. Название военно-морского флота прижилось, и все борированное топливо стало известно как «молниеносное топливо», хотя название этих видов топлива в ВВС стало обычным явлением.

Основной упор в программе ВВС был сделан на HEF-3, который казался наиболее вероятным кандидатом на быстрое внедрение. HEF стал частью усилий WS-110 по созданию нового дальнего бомбардировщика для замены B-52 Stratofortress с конструкцией, способной разгоняться со скоростью до 2 Маха. Первоначальные разработки были от Boeing и North American Aviation (NAA). использовали обычное топливо для взлета и крейсерского полета, переключаясь на HEF во время скоростного рывка, сжигая его только на своих участках форсажной камеры. [8]Это позволило избежать основных проблем с HEF; за счет сжигания его только в форсажных камерах проблема с отложениями на турбине была устранена, а поскольку форсажные камеры использовались только для взлета и высокоскоростного полета, проблемы с токсичным выхлопом были значительно уменьшены.

Когда первоначальные проекты оказались слишком дорогими, чтобы оправдать их относительно небольшое улучшение характеристик, оба вернулись к чертежной доске и разработали новые конструкции, которые летали со сверхзвуковой скоростью на протяжении большей части боевой задачи. Эти конструкции были основаны на новых двигателях, предназначенных для продолжительных высокоскоростных полетов, а на стадии прототипов находились NAA B-70 Valkyrie и General Electric J93 . В этих случаях форсажные камеры использовались в течение более длительного периода, что позволило максимизировать преимущества HEF. Были планы представить более позднюю версию J93, которая будет сжигать HEF-4 повсюду. Между тем, были также исследования по использованию HEF-3 в ПВРД BOMARC [9], а также исследования по его переносу на авианосец ВМС США.флот для питания самолетов будущего, но обе эти программы вымерли.

Поскольку проблемы становились неразрешимыми, ВВС отменили свою программу в 1959 году, и интерес к zip практически исчез. К этому моменту единственными конструкциями, которые все еще рассматривали возможность использования HEF, были XB-70 и его J93. В ответ на это NAA и General Electric изменили конструкцию двигателя, чтобы он работал на новой форме реактивного топлива с более высокой плотностью, JP-6, и заполнили один из двух бомбовых отсеков новым топливным баком. При этом дальность полета была резко сокращена с примерно 7700 морских миль (14 260 км) до 5 500 морских миль (10 190 км). [4] Это уменьшило выбор целей, которые могли быть атакованы из США, и потребовало дозаправки в полете для каждого профиля миссии, еще одна проблема, которая в конечном итоге привела к изменению направления проекта на чисто экспериментальный самолет.

По оценкам, в 2001 году США потратили на эту программу около 1 миллиарда долларов с поправкой на инфляцию. [7] По крайней мере, пять заводов по производству HEF были построены в США, и двое рабочих погибли в результате взрыва, уничтожившего один завод в Нью-Йорке. [7] [10] Большая часть программы была засекречена как Совершенно секретно , но, тем не менее, она широко освещалась как в отраслевой прессе, так и в гражданских газетах. [11] И США, и Советский Союз независимо рассекретили свои исследования в 1964 году.

Одним из потенциально долговечных реликвий программы HEF является заброшенный аэродром в грязи недалеко от Бора, Калифорния . Обозначенный на топографических картах Геологической службы США как «Завод ВВС № 72», на этом месте никогда не было построено ничего, кроме взлетно-посадочной полосы и цистерны с водой. Предполагается, что это мог быть завод по производству топлива HEF, использующий большие месторождения буры поблизости (давшие название городу), откуда его можно было легко отправить на базу ВВС Эдвардс . [4]

Ссылки [ править ]

Цитаты
  1. ^ a b Кракнелл стр. 332
  2. ^ Хоторн
  3. ^ a b c Грисволд, стр. 88
  4. ^ a b c d Аэродромы
  5. ↑ Griswold, стр. 89
  6. ^ Кларк, стр. 123
  7. ^ а б в Шуберт
  8. ^ Cracknell стр. 334
  9. ↑ Griswold, стр. 87
  10. ^ Dequasie, стр. 73-76
  11. ↑ Boron Bomber, RAF Flying Review , сентябрь 1958 г.
Библиография
  • Джон Кларк , зажигание! Неофициальная история жидкого ракетного топлива , Rutgers University Press, 1972
  • JR Cracknell, "High Energy Fuels" , Flight International , 15 марта 1956 г., стр. 332–334
  • Эндрю Деквази, Зеленое пламя: выживание в секрете правительства , Американское химическое общество, 1991
  • М. Фредерик Хоторн, «От мумий к ракетам и дальше к терапии рака»
  • Уэсли Грисволд, «Сверхмощный пакет« застежка-молния » , больше WHOOSH» , Popular Science , октябрь 1957 г., стр. 86–89, 250
  • Дэйв Шуберт, «От ракет к медицине: разработка гидридов бора» , Pioneer , март 2001 г.
  • Аэродром 72-го авиационного завода Борон, Борон, Калифорния