| |
|
А. Ильин
Нет лучше топлива,
чем... алюминий!
|
У этой истории почти детективное начало. Читатель волен верить ей или нет, однако все, что здесь рассказано, чистейшая правда.
В конце 60-х годов я познакомился с человеком, представившимся Ивановым. Ему было лет за восемьдесят. Невысокого роста, одет скромно, но аккуратно. По внешнему виду - типичный русский интеллигент дореволюционной закваски. Немного рассказал о себе. По первому образованию инженер-путеец на Транссибирской магистрали. Затем окончил Училище живописи, ваяния и зодчества в Москве. Словом, натура разносторонняя. Неудивительно, что в 20-е годы он увлекся модным тогда звездоплаванием. На этом поприще Иванов познакомился с работами Ф.А.Цандера. Тогда это был молодой известный инженер, со временем ставший классиком космонавтики. А заинтересовала нашего героя идея Цандера сжигать в двигателях ракет металлы.
Зачем в дальнее космическое плавание брать с собой огромные запасы топлива? Можно ведь сжигать в топках ракет ставшие ненужными стабилизаторы и другие детали. Многие металлы в самом деле, как, например, алюминий, горят ослепительно ярким пламенем с очень высокой температурой, выделяя при этом много тепла. Но продукты их сгорания - твердые окислы. Поэтому сами по себе при сжигании в ракетных двигателях они тягу дать не могут. Однако дело изменится, если добавить в "топку" какое-либо газообразное вещество. Нагревшись и расширившись, оно создаст очень сильную тягу. Теоретически такой процесс мог бы увеличить полезную нагрузку ракеты в 2 - 3 раза.
Правда, подавать металл в камеру ракетного двигателя даже для современной техники слишком сложно. Эту трудность предвидел и сам Цандер. Отложив решение задачи на будущее, он занялся другими делами. А Иванов, загоревшись идеей, стал искать ей применение в других, более подходящих областях. И нашел - это были подводные корабли.
|
|
Чудо тридцатых годов - подводный крейсер "Сюркуф".
|
Вспомним: подводные лодки классического типа для хода на поверхности используют дизель, а под водой движутся на электромоторах за счет энергии, запасенной в аккумуляторах. Еще в 30-е годы подводный крейсер мог на дизеле пройти 10 - 15 тысяч километров, но под водой на аккумуляторах (при однократной зарядке) лишь 500 км с черепашьей скоростью 10 км/ч...
Неудивительно, что изобретатели в те годы усиленно работали над созданием более мощного источника энергии для подводного хода. Разработки по созданию легких аккумуляторов зашли в тупик. Между тем всем доступный расчет указывал великолепную перспективу совсем в другом направлении.
Внешне все выглядит достаточно просто. Создадим на борту лодки запас окислителя (жидкий кислород или перекись водорода). Вот и станет возможным сжигание топлива под водой. Если масса топлива вместе с окислителем даже будет равна весу обычных аккумуляторных батарей, то дальность подводного хода может возрасти до 6000 км и более!
Но оказалось, что возможность сжигания топлива под водой - это еще полдела. Главное - выбросить за борт продукты сгорания. У обычного углеводородного топлива это, грубо говоря, смесь углекислого газа и паров воды. Она занимает большой объем. Для того чтобы вытолкнуть ее, нужно затратить работу, преодолеть давление воды. А с ростом глубины она быстро увеличивается. Уже в пятидесяти метрах под поверхностью дизель глохнет, вынужденный всю свою мощность затрачивать на выталкивание выхлопных газов. Мало того, продукты сгорания образуют на поверхности пенный след, выдающий местонахождение подводной лодки.
Над решением всех этих проблем трудились многие умы. Но первыми практические результаты получили немцы.
На рисунке 1, перерисованном из журнала 1936 года, схема немецкой подводной лодки на водородном топливе. Суть идеи проста. В дизеле сжигается смесь водорода и кислорода, в результате вместо выхлопных газов образуется водяной пар. После охлаждения и конденсации он превращается в воду, которая занимает ничтожный объем. Ничего не стоит ее вытолкнуть за борт на любой глубине.
|
Рис. 1. Необходимый для подводного хода запас энергии можно обеспечить за счет разложения воды на водород и кислород. 1 - баллон с водородом; 2 - электролизер; 3 - дизель; 4 - генератор постоянного тока; 5 - кислородный баллон.
|
|
|
А что, если оставить? Водород и кислород на этой лодке получались за счет электролиза воды. Эти газы сохранялись на борту лодки в баллонах под большим давлением. Однако плотность водорода очень мала, поэтому для него нужны очень большие и массивные баллоны. В итоге дальность подводного хода возрастала не так уж значительно, а хлопот с хранением газа, который просачивается через малейшую щель и даже сквозь сплошную стенку, было очень много. Система не прижилась.
Больше повезло двигателю немецкого инженера Вальтера. Пожалуй, главной его творческой находкой была перекись водорода - вещество, содержащее более 40% кислорода. Его делают на химических заводах. На рисунке 2 схема подводной лодки с двигателем Вальтера. Процесс начинается с подачи перекиси в каталитический реактор. Здесь она распадается, выделяя кислород и водяной пар с очень высокой температурой и давлением. Затем в эту смесь впрыскивают керосин, отчего она вспыхивает. Температура продуктов реакции легко может подскочить до 2000 градусов. Но ее можно охладить, впрыснув воду. В конечном итоге получается парогазовая смесь, на которой работает и обычная паровая турбина.
|
|
Рис. 2. Подводная лодка с двигателем Вальтера: 1 - бак с керосином; 2 - бак с концентрированной перекисью водорода; 3 - каталитический реактор для получения кислорода в сочетании с камерой сгорания; 4 - парогазовая турбина; 5 - редуктор.
|
Двигатель Вальтера чрезвычайно компактен и легок. Он применялся на ракетах, самолетах и торпедах. Подводные лодки, оснащенные им, развивали - под водой! - до 100 км/ч. Однако использовать его можно было лишь на коротких дистанциях, к примеру, для атаки. Лодку выдавал остающийся на поверхности яркий пенный след...
А теперь вернемся к технической идее Иванова, которая была высказана им еще в довоенные годы.
Начнем с того, что он предложил оснастить подводную лодку единственной паросиловой установкой. На перископной глубине, когда можно забирать воздух через трубу-шнорхель, она работает на обычном мазуте, а под водой... на алюминии.
Странный вид топлива, не правда ли? Но ведь при его сгорании образуется твердый окисел, который по объему занимает меньше места, чем само топливо. Это значит, выбрасывать за борт ничего не нужно. Нет и следа. С запасом жидкого кислорода на борту такая лодка может иметь дальность подводного хода не менее десяти тысяч километров.
На рисунке 3 схема подводной энергетической установки Иванова. Возможно, кое-кого она удивит, покажется слишком сложной. Поясняем, изобретатель решал не только задачу получения энергии. Он еще позаботился и о том, чтобы работа установки происходила бесшумно. Гребной вал вращает непосредственно соединенная с ним тихоходная паровая машина. Такой двигатель для винта - то, что надо, большие скорости ему не нужны. Если бы мы захотели применить для этой цели турбину, то скорость ее вращения пришлось бы уменьшать при помощи шестерен. Иванов это словно предвидел: шестерни паровых турбин наших первых атомных подводных лодок шумели безбожно!
|
Рис. 3. Силовая установка подводного корабля Иванова: 1 - бак с жидким кислородом; 2 - топливо - катушка с алюминиевой проволокой; 3 - горелка для сжигания алюминия в кислороде; 4 - парогенератор; 5 - электропароперегреватель; 6 - паровая машина; 7 - паровая турбина; 8 - электрогенератор; 9 - пароконденсатор.
|
|
|
Однако паровая машина имеет низкий КПД. И это учел изобретатель, полжизни провозившийся с паровозами. Низкий КПД в данном случае означает одно - покидающий машину пар еще имеет большую работоспособность. Поэтому Иванов направил его сразу после выхода из машины на турбину, которая вращает вал электрогенератора. Здесь-то можно допустить очень большие скорости вращения. За счет чего он станет легким и компактным. Получаемая же электроэнергия частично идет на нужды корабля, а основная ее часть на подогревание пара. В результате общий КПД системы поднимается до уровня хороших паротурбинных установок.
Интересно решена проблема и парового котла. Топливом для него служит алюминиевая проволока, сматывающаяся с катушки. Она поступает в специальную горелку, где вначале расплавляется, а затем разбрызгивается струей инертного газа. В таком состоянии она встречается со струей кислорода, сгорая ослепительно ярким пламенем. Сильнейший поток теплового излучения нагревает особым образом зачерненные трубы, в которых кипит вода.
В предвоенные годы заняться подводными алюминоходами, вероятно, попросту не успели. После войны сказалось увлечение строительством атомных подводных лодок, да и возраст изобретателя не вызывал энтузиазма у должностных лиц. После 1967 года я Иванова уже не встречал. Короток век человеческий... Но жива Россия. Ей еще придется воссоздавать свой подводный флот. Кто знает, быть может, алюминоходы безвестного изобретателя займут в нем достойное место.
|
