Паровая, с горячей водой и генерацией пара лазерным источником тепла, ракета Романова

Полезная модель относится к ракетам, использующим в качестве рабочего тела воду и для генерации перегретого пара лазерный источник тепла (ЛИТ), и может быть использована в качестве всесредного аппарата, движущегося в воде, атмосфере и в безвоздушном пространстве, для боевых торпед, ракет, в ракетно-космической технике для доставки космических аппаратов в космос.
Известно что вода является самым газообразующим веществом, а, следовательно, самым эффективным рабочим телом не только для паровых турбин, но и как усилитель мощности все типов тепловых двигателей, использующих тепло высокотемпературных газов в ракетных двигателях, и в импульсных одноразового действия (пороховые и детонационные ВВ).
При сгорании одного килограмма дымного пороха образуется 300 л газообразных продуктов, при взрыве 1 кг тротила образуется 700 л, при взрыве 1 кг гексогена образуется 908 л/кг, а при испарении воды - 1650 л.
Вода, размещенная в ампуле внутри заряда любого известного ВВ при воздействии на нее давления высокотемпературных продуктов взрыва, взрывается, повышая давление образующейся газопаровой смеси более чем в 2 раза и соответственно удельную мощность взрыва.
Чем больше при взрыве ВВ образуется газов, и чем выше их температура, тем большую часть заряда можно замещать водой, обеспечивая более высокую удельную мощность взрыва.
Известен ракетный двигатель, содержащий в качестве источника тепла ядерный реактор, в качестве дополнительного рабочего тела воду и сверхзвуковое сопло для расширения рабочего тела - газопаровой смеси (Патент РФ №2380563).
Известен газопаровой ракетный двигатель, содержащий бессопловую цилиндрическую камеру сгорания компонентов топлива с форсуночной головкой и цилиндрическую испарительную камеру для испарения воды, которая, пройдя по системе охлаждения камеры сгорания и затем по цилиндрическим каналам, омываемым высокотемпературными продуктами сгорания, поступает на поверхность испарителя и используется в качестве основного рабочего тела в образующейся в испарителе газопаровой смеси создающей тягу (Патент РФ №187155).
Известна прямоточная паровая энергетическая установка беспилотного подводного аппарата, генерирующая насыщенный водяной пар и содержащая в качестве источника тепловой энергии ТВС и аппаратуру запуска реакции деления, остановки и регулирования мощности (Патент РФ№185128).
Известен прямоточный паровой двигатель с ядерным источником тепла ТВЭЛ для судов использующий в качестве рабочего тела забортную воду для генерации насыщенного пара и создания пропульсивной силы движущей судно (Газета "Энергетика и промышленность России" \ №09 (365) май 2019 года).
При создании полезной модели ставились задачи:
- упростить термодинамический цикл двигателя,
- упростить рабочее тело и затраты не его генерацию в полете,
- использовать для генерации газообразного тела более эффективный, компактный источник тепловой энергии,
- обеспечить повышение удельной мощности двигателя,
- резко упростить конструкцию двигателя и ракеты,
- обеспечить ее универсальность при использовании в различных типах ракет.
Задачи решены тем, что:
- в качестве вещества для генерации газообразного рабочего тела в двигателе аппарата используется вода,
- для вытеснения воды из бака в камеру-сопло он содержит установленный в лазерный источник тепла, позволяющий, в отличие от ядерного, линейного, выделяющего тепло от оси в окружающее пространство, уплотнять тепловую энергию до узкого луча.
- для снижения энергетических затрат после старта и в полете, вода в баке, перед пуском, нагревается до температуры кипения,
- для исключения охлаждения нагретой воды бак покрыт теплоизоляцией,
- для поддержания температуры в полете бак содержит электронагреватель, например, ТЭН,
- для генерации пара содержит камеру - сопло полусферической формы,
- в качестве источника тепловой энергии, генерирующего водяной пар, содержит лазерный источник тепла (ЛИТ), установленный в сопле.
- для повышения скорости взлета и набора скорости в атмосфере, пуск производится из ствола, аналогичного орудийному, установленному вертикально на поверхности земли,
- при пусках в воде, (торпеда, ракета), например из ПЛ, старт из торпедного аппарата или шахты производится пуском двигателя.
- для управления полетом содержит плоские рули, с приводами, установленными на срезе сопла, обеспечивающие изменение потока пара и траектории в 2-х перпендикулярных плоскостях или всеракурсное сопло, обеспечивающее изменение траектории полета в любом направлении.
На рис. 1 изображена принципиальная схема ракеты, где 1 - отсек для ПН, 2 - ЛИТ для вытеснения воды, 3 - теплоизоляция бака, 4 ТЭН, 5 - испаритель, 6 - камера-сопло, 7 - рули, рис. 2 принципиальная схема ракеты установленной в пусковой ствол, где 1 - пусковой ствол, 2 - опоры для ракеты, 3 - опорные ролики.
Работа парового двигателя осуществляется следующим образом.
При включении лазера, установленного в баке, генерируется небольшой объем насыщенного пара небольшого давления и вытесняет воду через канал в полость камеры - сопла на разогретую поверхность испарителя, нагретого теплом лазерного луча, при этом происходит непрерывная детонационная генерация перегретого пара и его расширение с непрерывным созданием пропульсивной силы, толкающей и ускоряющей ракету.
Для боевой ракеты или запускаемой на околоземную орбиту для вывода КА используется или простейший пусковой стол - плоская площадка, или пусковой наземный ствол, или ствол (шахта), установленный в землю.
При запуске в замкнутом объеме между пусковой площадкой и камерой - соплом происходит накопление пара повышенного давления и кратковременное увеличение пропульсивной силы, и быстрый подъем и ускорение, а при запуске из герметичного ствола в его объеме, обеспечивается от отрыва до выхода за переделы ствола большее накопление пара с большим давлением и более быстрый подъем, и ускорение ракеты.
Управление полетом может осуществляться плоскими рулями, с приводами, установленными на срезе сопла и обеспечивающими изменение потока пара и траектории в 2-х перпендикулярных плоскостях или всеракурсным соплом, обеспечивающим изменение траектории в любом направлении.
При отрицательных температурах воздуха, бак паровой ракеты, покрытый теплоизоляцией, и вода, нагретая наземными источником тепла, который перед пуском отключается, обеспечивают высшую пусковую готовность и мгновенный запуск, что важно для боевых тактических ракет.
Для питания ЛИТов и приводов рулей или поворота сопла, требуется бортовой источник электрической энергии небольшой мощности.
Ракета, содержащая в качестве рабочего тела воду и простейший малогабаритный лазерный источник тепловой энергии (ЛИТ), характеризуется простой конструкцией, 100% экологической безопасностью для человека и окружающей, низким объемом и стоимостью разработки КД и небольшим сроком изготовления.