Back to site
Since 2004, our University project has become the Internet's most widespread web hosting directory. Here we like to talk a lot about web development, networking and server security. It is, after all, our expertise. To make things better we've launched this science section with the free access to educational resources and important scientific material translated to different languages.

Tehnologie

Principiile care stau la utilizarea energiei atomice pentru propulsia de aeronave au fost dezvoltate la începutul vârstă atomice. Deoarece încă din 1942 Enrico Fermi şi a asociaţilor săi implicaţi în Districtul Proiectul Manhattan au discutat utilizarea energiei atomice pentru a propulsa de aeronave. [1] Acesta a fost în 1946, ca un studiu realizat de Universitatea John Hopkins este aplicat laboratorul de fizica delimitate potenţialul şi problemele de utilizare a atomice putere de propulsie pentru aeronave. Şeful printre problemele la timp a fost lipsa de date cu privire la efectele radiaţiilor asupra materialelor care ar putea fi utilizate într-un design. [2] Unele dintre problemele de bază nu au fost eliberarea de produse de fisiune radioactive sau izotopilor în timpul funcţionării normale sau cauza oricărui accident, de protectie echipajului şi persoane de pe pământ de radiaţiile, precum şi selecţia de site-uri de testare şi de zone. Nu a fost potenţialul pentru eliberarea de materiale radioactive în atmosferă, precum şi problemele de radiaţie directă în timpul utilizării operaţionale. [3] Cerinţele pentru o aeronavă nucleare operaţionale au fost că, chiar şi în condiţiile cele mai nefavorabile, aeronava nu a adaugat material la radioactivitatea context general atmosferică şi că, în timp ce în utilizează aeronavele restricţionat toate radiaţiile nocive în limita a ambarcaţiunii sau a unei zone de excludere predesignated. [4]

In 1946, interesul pentru aeronavele atomic dezvoltat într-un proiect de durată lungă de viaţă, stiu ca ANPM, pentru energia nucleară pentru Propulsion de aeronave. [5] Proiectul ANPM, care a început în luna mai, a fost controlat de către Statele Unite Air Force (USAF) şi, prin urmare, a fost orientat spre dezvoltarea atât un atomic-cu reglaj electric rază lungă de acţiune bombardier strategic şi de înaltă performanţă de aeronave. Energia nucleară a aratat promisiune în ambele domenii, din cauza naturii sale duale de aprovizionare cu combustibil de lungă durată şi temperaturi ridicate teoretic posibil cu ajutorul unui reactor. Cu toate acestea, într-un ziar, în 1957 Kelly Johnson şi FA Cleveland, ambele de la Lockheed Aircraft Corporation, a scris: "Se pare că bombardier strategic, solicitând atât de mare viteza si rezistenta mare si din cauza inerente low-altitudine avantajele potenţiale peste chimice similare avioane, va fi primul candidat pentru o centrala nucleara ". [6]

Contractul a fost ANPM cu motor Fairchild & Co corpului aeronavei, iar lucrarea a fost efectuat la Oak Ridge. Până la sfârşitul anului 1948 USAF a investit aproximativ zece milioane de dolari în cadrul programului. [7] Studii ample au fost realizate în cadrul ANPM din 1946 până în 1951, moment în care acesta a fost înlocuit de către Comisie în comun a Energiei Atomice (AEC) / ANP program de USAF. Programul ANP stabilite obiectivul ambiţios de dezvoltare la scară largă, a reactorului de aeronave şi sisteme de motoare. Unul dintre factorii care au dus la crearea programului ANP a fost un studiu realizat la MIT de către un grup convocat de CEA în 1948 să se uite la utilizările potenţiale ale zborului cu reglaj electric atomice. "Acest grup de studiu, cunoscut sub numele de Proiectul Lexington, a ajuns la concluzia că aeronava nucleare (disponibilă) au fost probabil mai dificil decât ramjets nucleare, care, la rândul lor, ar fi mai puţin dificilă decât rachete nucleare să se dezvolte." [8] În mod ironic, aceasta sa dovedit a fi inversa de ordinea corectă de dificultate, ca mai târziu de cercetare şi dezvoltare s-ar dovedi. Deşi ramjets nucleare, în temeiul proiectului Pluto, şi rachete nucleare, în cadrul proiectului Rover, au fost testate cu succes la nivelurile necesare pentru utilizarea operaţională, un grup motopropulsor la nivel operaţional de aeronave atomic nu a fost niciodată dezvoltat. În 1954, Raymond Clare Briant, care era pe atunci director al Proiectului ANP a declarat că "de aeronave cu echipaj nucleare reprezintă cel mai dificil de locuri de muncă de inginerie de dezvoltare a încercat încă în cadrul acestui secol." [9]

Din păcate, programul ANP nu a fost foarte bine organizat. În loc de a încerca să dezvolte un aspect al tehnologiei la o etapă de lucru efortul a fost întins pe o serie de domenii. O parte din problema a fost faptul că, în conformitate cu orientările convenţionale, AEC a fost responsabil pentru dezvoltarea reactorului, în timp ce Air Force a fost responsabil pentru dezvoltarea de restul sistemului. Prin urmare, proiectul a fost împărţit în două părţi care trebuia să colaboreze îndeaproape, dar aceste două părţi au fost gestionate de către entităţi complet separate.

În cadrul programului de ANP General Electric Co, la Evendale, Cincinnati a fost emis un contract pentru a dezvolta un turboreactoare directa-ciclu, şi Pratt & Whitney diviziei de Avioane din Marea Aeronavele Corp a fost autorizat să studieze un ciclu indirectă şi de muncă a început la Connecticut Avioane nucleară Motor de laborator (CANEL). [10] În aeriene directe de aer ciclu intră prin etapa de compresor de una sau mai multe turboreactoare. De acolo, aerul trece printr-un plenul o este directionata prin miezul reactorului. De aer, în calitate de răcire reactorului, este rapid incalzita ca se deplaseaza prin miezul. După care trece prin reactor aerul trece printr-un alt plen şi este direcţionat către secţiunea de turbina a turboreactor (e) şi de acolo prin intermediul ţeava de eşapament. [11] Un sistem indirect este foarte similare, cu excepţia că aerul nu trece prin reactor în sine. După care trece prin compresor de aer trece printr-un schimbător de căldură. Căldura generată de reactor este efectuată de către un lichid de lucru la acest schimbător de căldură. De aer, apoi trece prin turbina si in afara ţeava de eşapament ca mai sus. Fluidul de lucru în ciclul indirectă este, de obicei, un lichid dens, cum ar fi un metal lichid, sau apă sub presiune înaltă. Acest lucru permite mai multă energie termică să fie de transfer, sporind astfel eficienţa sistemului. [12]

Într-un articol în Jurnalul SAE, LW de credit a scris, "De trei alternative pentru realizarea fiabilitatea zbor pentru aeronavele nucleare prin componenta sau sistemul de concediere, singur reactor-, toate-nucleare de aeronave pare a fi optim." [13] Celelalte două alternative au fost un sistem dual-reactor nuclear şi o combinaţie-chimice (combustie) de sistem. Iniţial, programul a fost ANP de a dezvolta un ciclu indirect, un singur sistem de propulsie reactorului. Cu toate acestea, o petiţie de către General Electric pentru guvernul le-a permis să se dezvolte sistemul de ciclul directe. GE a susţinut că ciclul a fost mai simple şi directe, prin urmare, ar avea un timp mai scurt de dezvoltare. Pentru sistemul ciclul indirecte, Pratt & Whitney a dezvoltat reactor super-critic de apă, în care fluidul de lucru este de apă încălzită la 1500 de grade Celsius, dar a păstrat în stare lichidă de presurizare la 5.000 psi. Acest lucru evitat problemele de utilizare a unui metal lichid fluid de lucru. Statele Unite ale Americii nu a favorizat utilizarea operaţională a reactoarelor de metal lichid. Până în prezent, toate reactoarele militar în serviciul activ, cu excepţia reactorului o sodiu lichide de pe submarinul USS Seawolf atac, au fost de reactor cu apă sub presiune (PWR) de tip. Chiar Seawolf USS avut destule probleme că reactorul de sodiu lichid a fost înlocuit cu unul dintre un design PWR după câţiva ani în serviciu.

Parte a programului ANP a fost programul X-6. Început în 1952, obiectivul desemnat al programului X-6 a fost de a produce doua testbeds zboară alimentate cu energie atomică. Programul de testare a început prin teste de probleme de ecranare. A, B-36 a fost transformată în acest scop. Această aeronavă a fost menţionat ca aeronautic testul nuclear (ANT). ANT a început viaţa ca un Convair B-36H bombardier, dar după convertire a fost redesemnat ca un NB-36H. Acesta a fost modificat pentru a transporta un reactor răcit cu aer mic în golful bomba pupa şi pentru a oferi protectie pentru echipaj. Încorporată în jurul valorii de ANT de ecranare a reactorului în sine şi o secţiune nas total nou, care adăpostea o tona de plumb douăsprezece şi compartiment din cauciuc ecranate pentru echipaj. Au fost, de asemenea, jachete de apă în fuselaj şi în spatele compartimentului echipajului de a absorbi radiaţii. Reactorul a fost facut critic în zbor cu mai multe ocazii, iar aeronava a fost folosit pentru mai multe radiaţii şi experimente de ecranare.

Programul Convair de zbor de succes cu B-36 care transportă un reactor de teste de zbor (iulie 1955 - martie 1957) ", a arătat că" aeronava în mod normal, ar reprezenta nici o ameninţare, chiar dacă zboară scăzut. Preocupările principale ar fi: (a) accidente care determina eliberarea de produse de fisiune din reactoare, şi (b) doza de la expunerea la radioactivitate de scurgere (în conceptul de ciclu directe). [14]

Sa decis că riscurile cauzate de radiatii au fost nu mai mari decât riscurile pe care au fost efectuate în cursul dezvoltării energiei electrice şi cu abur, avion, auto, sau rachete. [15]

B-36 a fost, de asemenea, să ofere baza pentru real X-6 avioane. În momentul în care B-36 a fost singurul existent, testate în timp, structură de mari şi suficient de puternic pentru a transporta preconizat al motorului şi greutatea scut. Motorul ales a fost turboreactor J53. [16] La momentul J53 a fost o turboreactoare convenţionale în faza de planificare de la General Electric. J53 a fost un design de înaltă performanţă şi sa considerat că trecerea la energia nucleară ar prezenta nici o dificultate mai mult decat orice alt model, apoi în uz. În stadiile incipiente ale programului, înainte de a petiţiei GE, aceasta a fost planificat să se conecteze la un reactor J53 lichid-metal pentru utilizare pe X-6. Sistemul de propulsie original a fost la o greutate de 165 de mii de lire sterline. Acesta a fost compus dintr-un reactor de 10000 lire, 60.000 de lire sterline de reactor de ecranare, 37000 de lire sterline de membri ai echipajului de ecranare, şi o greutate totală a motorului de 18.000 de lire sterline, plus alte 40.000 de lire sterline pentru conducte şi accesorii. [17] După ce se confruntă cu problemele de dezvoltare cu J53, GE a recurs la J47 ca motopropulsor. J47s convertite pentru teste nucleare au fost menţionate ca X-39s.

Trebuie notat faptul că Statele Unite nu a fost singura ţară care lucrează la bordul aeronavelor atomice în primii ani. Uniunea Sovietică a avut câteva proiecte de-al lor. Un avion, o barca de zbor, a propus în 1950 ar fi avut o pondere de zbor de 1.000 de tone.

Acesta a fost planificat pentru a dota avion gigant cu patru atomice turboelice motoare. Durata de aripa a fost mai mult de 130 de metri, şi puterea totală a motoarelor depăşit o jumătate de milion de cai putere. Acest avion a fost trebuia să efectueze 1.000 de pasageri şi 100 de tone de sarcină la o viteză de 1,000 kilometri pe oră. [18]

Acesta a fost planificat sa se ​​inconjoare de reactor cu cinci straturi de ecranare. Straturile s-au ar trebui să fie, după cum urmează: primul strat - de oxid de beriliu reflector; al doilea strat - lichid de sodiu pentru eliminarea caldurii din pereti; al treilea strat - cadmiu, pentru a absorbi neutronii lenţi; al patrulea strat - parafină, pentru încetinirea neutroni rapizi; strat de şa - o consolă de oţel, pentru absorbtia neutronii lenţi şi raze gamma. Aceste multistrat "armura" permite reducerea greutăţii şi dimensiunea necesare ecranare. Lichidului de răcire a fost de plumb lichid. [19]

Sovieticii au studiat multe din aceleaşi opţiuni din Statele Unite a considerat; ambele cicluri directe şi indirecte, turbo-popi, umbra ecranare, şi la sol speciale de manipulare necesare. Un fapt că este frapant este faptul că în proiectul sovietic din greutatea totală a centralei atomice a fost să fie de 80 de tone. [20] 80 de tone egal cu 160000 de lire sterline, care în comparaţie cu cifrele iniţiale pentru sistemul X-6 de propulsie, care a fost 165000 de lire sterline, a fost practic identice.

Referirea la "umbra de ecranare" de mai sus este de a practica de a împărţi între scuturi reactorului şi a echipajului, echipajul fiind în "umbra", create prin scuturile. Acest lucru este, de asemenea, menţionată ca conceptul de scut împărţit.

Dacă ar fi fost posibil să se pună cât mai mult de protectie privind reactorul cum se face pe reactoare teren, am putea reduce din acestea radiaţii într-o cantitate neglijabilă. Dar, din greutatea totală de ecranare necesare pentru a face acest lucru ar fi prohibitiv, în fapt, suntem obligaţi să aşa-numitele "scut împărţit", concept în scopul de a reduce greutatea totală scut la o valoare acceptabilă. Divided de ecranare este, desigur, pur şi simplu o divizie de ecranare între reactor şi compartimentul echipajului într-o asemenea manieră încât să conducă la aproape minim greutatea totală de ecranare. [21]

Distribuirea scuturi diminueaza greutatea totală scut, dar înseamnă de asemenea că majoritatea a aeronavei ar fi fost expuse la niveluri mai ridicate de radiatii. Şi o dată la faţa locului mai multe radiatii ar putea pătrunde în zona înconjurătoare. Aceste probleme au fost să fie depăşite de materiale noi şi, prin conceperea echipamentele aeronavei service cu nivelurile de radiaţie mai mare în minte. Împărţit scuturile a avut, de asemenea, alte beneficii;

Natura directionala de radiaţii, de asemenea, duce la faptul că structura aeronavei şi a componentelor sunt utile ca material de ecranare, şi folosirea judicioasă de lucruri, cum ar fi caseta de aripa, trenului de aterizare, plata de încărcare, şi combustibil pentru aterizare du-te-arounds poate reduce grosimea necesar de ecranare de pe faţa din spate al echipajului de compartiment. [22]

Problema cu greutate scut a fost una din cele două probleme majore care au apărut în timpul programului. Celălalt a fost creşterea performanţei reactorului. Programul ANP sa concentrat o mare parte din eforturi pe dezvoltarea conceptului scut împărţit, micşorarea dimensiunii scutul necesar, prin scăderea dimensiunii reactor prin densitate de cresterea puterii reactorului, creşterea temperaturii de funcţionare a reactorului pentru a creşte eficienţa şi, prin urmare, performanţele aeronavei, şi utilizarea redusă scut în masă de proiectare a aeronavelor. [23] Deşi nu lucra pe o structură reală a ajuns foarte departe, o mare de lucru a fost realizat pe centralele electrice.

General Electric a condus o serie de experimente de mare succes, utilizând conceptul de ciclu directe. Acestea au fost menţionate ca experiment Reactor transfer de căldură (HTRE) serie. Seria implicate trei reactoare, HTRE-1 prin intermediul HTRE-3. HTRE-1 a devenit HTRE-2, la încheierea programului de testare sale. HTRE-1 (şi, prin urmare, HTRE-2) cu succes a alergat un X-39 (modificat J-47) numai în conformitate cu energia nucleară. HTRE-3 a fost cel mai apropiat de un articol de zbor ale programului au intrat. Ea a fost moderat solid, spre deosebire de reactoare anterioare care au fost moderate de apă, şi-l motorizate cu două X-39s la niveluri de putere mai mare. HTRE-3 a fost limitată de către cele două turboreactoarele, dar ar fi putut cu reglaj electric jeturi mai mari la niveluri de putere chiar mai mare. HTRE-1 a fost în principal o dovada a conceptului de reactor. "HTRE-1 a atins o serie de full-putere ruleaza care au demonstrat concludent fezabilitatea de operare a motorului cu reacţie pe energia nucleară." [24] HTRE-2 a fost pur şi simplu HTRE-1 modificat pentru a testa secţiuni reactor avansat într-o cameră hexagonal central. În acest fel, noi modele de reactor ar putea fi testat fără a fi nevoie de a construi un reactor cu totul nou de la zero. Experienţa dobândită din HTRE-1 şi HTRE-2 a fost utilizat în construcţia de HTRE-3. HTRE-3 a fost elementul de testul final concepute pentru a demonstra posibilitatea de a produce un motopropulsor avion real. "Proiectarea şi testarea HTRE-3 a avansat programul direct-ciclu de dincolo de întrebarea de fezabilitate la problemele de optimizare de inginerie." [25]

Toate cele trei reactoare HTRE au fost de configuraţia standard ciclul directe, cu adăugarea unui combustor chimice doar în amonte de la turbinele. Acest lucru a permis combustor jet-uri să fie pornit la putere chimice şi apoi să fie trecut la căldură atomice ca reactorul a fost adus de până la temperaturi de funcţionare. Sistemul operaţional poate fi utilizat de asemenea, o combustor chimică pentru utilizarea în timpul decolare şi aterizare, şi, eventual, penetrarea ţintă, atunci când timpul de răspuns relativ lent reactoare ar putea fi un dezavantaj. [26]

HTRE fie indeplinit sau depasit obiectivele lor, dar, deşi toate au avut miezuri de reactor de aproximativ de dimensiunea necesară pentru a se potrivi într-un avion, nici unul dintre HTREs au fost proiectate pentru a fi un prototip al unui sistem de zbor [27] ; seria a arătat că, atunci a apărut "este posibil şi practic cu tehnologia în mână pentru a construi un reactor cu vizualizare aeriană din aceleaşi materiale ca HTRE-3 şi similare în mărime fizică." [28] În ciuda faptului că HTRE-3 nu a produs puterea pe care ar fi fost necesare pentru zbor, care a fost în principal, deoarece nu a fost un design optimizat, ci pur şi simplu a fost conceput ca un reactor de cercetare, pentru a demonstra conceptele necesare pentru un articol de zbor.

La sfârşitul HTRE rula probabilitatea de zbor unui reactor părea mare. Testul se execută a arătat că un reactor utilizând aceleaşi materiale ca HTRE-3, şi care ar putea alimenta un motor cu gaz-turbina, ar fi putut fi construite în acel moment. O astfel de reactor ar satisface toate cerinţele necesare pentru o unitate de zbor gata. [29] În lor de hârtie Kelly Johnson şi Cleveland FA, de asemenea, a declarat că "atunci când materialele sunt disponibile îmbunătăţite, ne-am aştepta centralei nucleare de a avansa rapid în general sa eficienţă, cu o îmbunătăţire, în consecinţă, capacitatea de a instala astfel de plante de putere în avioane de dimensiuni mai mici decât cele preconizate în prezent ". [30]

În timp ce GE a fost de lucru pe ciclu directe, Pratt & Whitney (P & W) a fost de lucru pe ciclu indirecte. Cu toate acestea, progresul a fost mult mai lent, care a făcut-o cu HTREs. P & W a fugit niciodată un sistem de testare practică. De fapt, munca lor a fost limitată la testarea componentelor. În plus, pentru a lucra la reactor de apă super-critic P & W a lucrat cu modele lichid de racire din metal. A fost aceasta din urmă care a primit cea mai mare atenţie. Cele două modele majore au fost un reactor miez solid, în care metalul lichid circulat printr-un miez solid reactor, şi un design circulant-combustibil, în care combustibilul a fost amestecat cu lichidul de răcire şi masa critică a fost realizat ca lichidul de răcire circulă printr-un nucleu central. Dupa ce designul circulant-a aratat promisiunea de combustibil, lucru pe reactorul de super-critică a fost oprită. P & W a realiza o mare cu privire la proiectarea de bucle de metal lichid de răcire, de prevenire a coroziunii, iar design-schimbator de caldura. Cu toate acestea, niciodată P & W lucreze la CANEL a condus la un reactor de testare, cu atât mai puţin unul care a fost gata de zbor. Pe termen lung ciclu indirecte au aratat promite mai mult, dar este necesar, de asemenea, o mare de lucru mai mult de dezvoltare.

În timp ce aceste programe de testare au avut succes, au existat alte programe care nu au fost. O serie de programe au început la un cost mare de timp şi bani, doar pentru a fi scăzut în cazul în care programul a trecut printr-una din numeroasele sale reorientări. Raportul oficial al guvernului american cu privire la proiectul ANP listele de astfel de programe. Un Motor de zbor de testare a fost construit în Idaho pentru a fi utilizate pentru a testa motorul de zbor atât la sol şi în aeronavele de testare. Această facilitate cost cu o schimbare peste opt milioane de dolari, dar acesta nu a fost niciodată folosit în timpul programului de ANP, altele decât ca o cladire de stocare, deoarece programul de zbor a fost anulat. Un laborator radiatorului a fost construit la CANEL pentru a fi utilizate în studierea metal lichid pentru a transfera căldură aer. Dupa ce a petrecut peste şase milioane de dolari de construcţie a fost oprită doar cu o coajă terminată din cauză că Air Force sa răzgândit. Un alt laborator a fost construit la CANEL pentru a studia condiţiile de vid. Acest cost cu o schimbare de laborator de peste un milion de dolari, şi a intrat utilizare în martie 1961, în aceeaşi lună că programul ANP a fost anulat. Acestea au fost doar cea mai mare a deşeurilor. Au existat numeroase cazuri de timp pierdut şi bani, dintre care niciunul nu poate fi într-adevăr acuzat pe tehnicienii, deoarece liderii schimbat mintea lor şi echipament de mers neutilizate.

În general, tehnologia pare să fi fost acolo, dar programul ANP a murit. Seria GE HTRE dovedit că noţiunea de ciclu directe ar funcţiona. P & W a fost realizarea de progrese, încet, dar sigur, pe ciclul indirecte. Testele ANT reactorului a demonstrat că aeronavele de protectie ar putea fi realizat în mod eficient. O multitudine de evoluţii mai mici, metale noi, lubrifianţii sintetici, toate lucrate afară şi au fost disponibile pentru a produce o aeronavă. În 1960 Kenneth Gantz a scris, "îmblânzire a atomului, împreună cu progresele tehnologice în eficienţă aerodinamic şi structurale realizate în ultimele decenii de mai multe, aduce acum atomic-cu reglaj electric aeronavelor şi a rachetelor la îndemâna noastră." [31] Dar, în cazul în care era Nu ucis de tehnologie, care au fost motivele pentru dispariţia programului? Răspunsul la această întrebare urmează în următoarea secţiune.

Published (Last edited): 23-11-2012 , source: http://www.megazone.org/ANP/tech.shtml