Обеспечение энергией космических кораблей - один из ключевых вопросов в области космонавтики. При ограниченных ресурсах на борту ракеты, спутника или другого космического аппарата, поиск решений по сохранению или вторичному обращению энергии двигателя становится актуальнейшим вопросом жизнеобеспечения и работоспособности космических систем даже если счёт идёт на единичные проценты.
Принцип работы большинства турбокомпрессорных энергетических установок основан на использовании так называемого цикла Брайтона. Чем меньше гидравлические потери в рабочем контуре установки, в котором реализуется термодинамический цикл, тем эффективнее установка. Исследования инженеров-конструкторов по всему миру как раз направлены на повышение эффективности установки за счёт сокращения гидравлических потерь.
Наиболее известные патенты в этой области выданы в США и России, однако у существующих изобретений есть ряд недостатков. В частности, использование подобного американского изобретения, которое подробно рассмотрено в патенте, целесообразно лишь при относительно малых потребных расходах газообразного рабочего тела охлаждения и, следовательно, небольших потребных перепадах давления на тракте охлаждения ротора и низкими потерями мощности на трение ротора, что не даёт использовать его при производстве космических установок. Ранее известное отечественное изобретение, что также описано в патенте, при использовании в космосе требует значительных дополнительных затрат мощности турбокомпрессора, что в итоге приводит к существенному уменьшению КПД энергоустановки.
Недавнее изобретение российских инженеров из центра имени Хруничева, использующее тот же принцип цикла Брайтона, направлено на уменьшение потерь полезной мощности энергоустановки, связанных с охлаждением ротора электрогенератора и повышение её КПД. Они предлагают часть трубопровода между компрессором и теплообменником-холодильником выполнить как дозвуковой эжектор - устройство, в котором происходит передача кинетической энергии от одной среды, движущейся с большей скоростью, к другой - на основе трубки с горловиной (трубы Вентури). При этом, кольцевой канал через коллектор сообщён с полостью электрогенератора со стороны, противоположной расположению компрессора, и магистралью с включенным в неё теплообменником, использующим в качестве хладагента жидкий теплоноситель системы отвода тепла, поступающий из холодильника-излучателя установки. Подробности и чертежи устройства можно изучить в опубликованном патенте.
Изобретение российских ученых создаёт перепад давления, который обеспечивает прокачку газообразного рабочего тела ротора через кольцевой зазор между ротором и статором за счёт местного снижения статического давления газообразного рабочего тела контура. Это достигается с помощью увеличения скорости его течения с последующим восстановлением статического давления при уменьшении скорости перед входом в компрессор, а также обеспечивает охлаждение нагретого в тракте охлаждения ротора газа перед подачей его в зону сниженного статического давления. Таким образом значительно сокращаются потери полезной мощности турбокомпрессорной электрогенераторной установки, связанные с охлаждением ротора электрогенератора, а её КПД, соответственно, повышается как минимум на 4%.
Источник: Роспатент
