Аэростатические тепловые двигатели

Подъемная сила не только аэростата или дирижабля, но и тяже­лой космической ракеты возникает всегда, если конструкция ЛА «вытесняет» значительные массы воздуха. Когда масса вытесняюще­го объема больше массы вытесняемого воздуха на данной высоте, возникает подъемная сила, равная разности этих масс, умноженной на ускорение силы тяжести, а масса вытесняющего объема больше массы вытесняемого воздуха, то вес ЛА уменьшается на величину веса вытесненного воздуха. Таким образом, при взвешивании тел ги­рями или пружинными весами (так производится весовая заправка топливных емкостей ЛА на стартовой позиции) необходимо учиты­вать аэростатическую (архимедову) силу. Если этого не сделать, то количество топлива будет больше расчетной величины, то есть ЛА будет неоправдано перетяжелен.

Другой случай. Двигательная установка ракеты-носителя Н-1, которая была предназначена для осуществления отечественной лунной программы (см. рис. 20, а), представляла собой замкнутую

многосопловую двигательную компоновку, в донной полости кото­рой объемом V более 150 м циркулировал нагретый от струй до 1000 К воздух. Воспользовавшись уравнением состояния идеального газа, определим подъемную силу этого объема в момент старта ра­кеты:

PK = Vg(pB-pr) = Vg

где индексом «в* отмечены параметры окружающего «г» — горяче­го воздуха в объеме V.

Как видим, для сверхтяжелой ракеты, у которой суммарная тяга всех двигателей на старте составляла 4500 тонн, добавок тяги в 150Н или 0,015 тонн, казалось бы, незначителен. Не следует забы­вать, однако, что этот добавок бесплатен. На получение этой тяги бортовое топливо не затрачивается. Вот почему ракета, выводящая около 100 тонн полезного груза, получает за счет аэростатической силы гарантированный добавок массой в несколько десятков кило­грамм, а этим пренебрегать уже нельзя, так как стоимость выведе­ния на ОИСЗ 1 кг полезного груза Оценивается в 1,5-2 тыс, долла­ров США.

В Московском авиационном институте ведутся работы по ЛА но­вого типа — термоплану (рис. 38), принцип действия которого ос­нован на создании подъемной аэростатической силы за счет несу­щего газа (гелия) и горячего воздуха от двигателя или подогревате­ля, то есть аналогичен только что рассмотренному.