Модель катапульты сможет усилить разгон самолетов на короткой полосе
12 Мая 2020

Учёные Томска разрабатывают математическую модель электромагнитной катапульты с энергопитанием от импульсного МГД-генератора. Она поможет определять свойства материалов при ударах и делать более быстрым разгон самолетов в условиях короткой взлетной полосы. С помощью этой модели можно проверять схемные решения, проводить оптимизацию параметров и другие процессы. Руководителем проекта является доцент ФТФ ТГУ Виктор Солоненко.

Проект поддержан Научным фондом ТГУ им. Д.И. Менделеева, инициатор исследования – доцент кафедры прикладной газовой динамики и горения ФТФ ТГУ Виктор Солоненко. В команду входят представители томских университетов, работающих совместно в рамках проекта «Большой Томский университет», и Государственного научного центра Российской Федерации Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований (ГНЦ РФ ТРИНИТИ).

– Катапульта как метательное орудие известна с достаточно древних времен. Основное её предназначение – военное. Правда, в Древнем Риме катапульты имели на вооружении и пожарные бригады, так что у неё есть и вполне мирное предназначение. Основная её задача – разогнать объект (камень, стрелу) до большой скорости, обеспечив ему необходимую дальность полета. Основным источником энергии при этом является потенциальная энергия упругого элемента – аналога пружины. И повышать эту энергию, увеличивая дальность метания или массу камня, можно только за счет увеличения размеров самого устройства. Собственно, пришедшее на смену катапультам артиллерийское орудие обладает большей эффективностью, потому как энергия пороха больше энергии пружины, – объясняет Виктор Солоненко.

По словам учёного, сейчас возможно создание устройств, которые имеют энергию большую, чем порох или его аналоги, для этого используются, например, источники электромагнитного поля. Для питания электромагнитной катапульты необходимо очень много электрической энергии, причем она должна производиться за очень короткое время – около секунды, иногда значительно меньше. Источников, да еще и компактных, для этого немного.

– Источником энергии в нашем устройстве является импульсный магнитогидродинамический генератор (МГД-генератор), работающий на продуктах сгорания твердого металлизированного плазмообразующего топлива, – поясняет Виктор Солоненко. – Реализуемая современными импульсными МГД-генераторами мощность может составлять многие сотни МВт, при этом он является компактным источником электрической энергии, что также дает преимущество.

К 2021 году учёные ТГУ разработают математическую модель, которая будет описывать весь процесс работы катапульты и импульсного МГД-генератора. С их помощью можно проверить различные схемные решения, провести оптимизацию параметров, сделать выбор нужного топлива и много другое – всё это необходимо выполнять перед этапом рабочего проектирования и подготовкой конструкторской документации. Такая организация разработки новых сложных технических устройств соответствует современным тенденциям и запросам высокотехнологической промышленности.

– Опыт исследования МГД-устройств у нас достаточно большой. Я с такими объектами исследований связан почти 20 лет, а в нашем коллективе есть люди, которые работают с ними гораздо дольше. Разработаны модели, созданы алгоритмы, позволяющие добиваться положительных результатов в моделировании, – рассказал инициатор проекта.

Поскольку метаемому (или разгоняемому) объекту можно придать значительную скорость, разработанную модель можно использовать для расчета дополнительного разгона самолетов в условиях короткой взлетной полосы, например, на авианосцах (эту функцию сейчас выполняют паровые катапульты), а также в научных исследованиях, например, для определения свойств материалов при высокоскоростных соударениях.

По словам учёного, американские и китайские специалисты также занимаются исследованиями в этой области. У них есть свои особенности в подходах, например, в США для электромагнитных установок применяют конденсаторные батареи. Однако учёные ТГУ полагают, что это ухудшает потенциал всего устройства в целом. Как источник энергии, МГД-генератор позволяет использовать электромагнитную катапульту намного эффективнее.

Проект «Большой Томский университет» объединяет вузы Томска и академические институты в единый научно-образовательный центр (с сохранением юридической автономии каждого участника). Он позволит местным ученым реализовать крупные проекты мирового уровня. Одной из задач центра является укрепление позиций региона как лидера экспорта образования и новых технологий. Вместе с тем Большой Томский университет должен стать единой точкой входа в регион для компаний, которые хотят создавать новые технологии и нуждаются в новом знании. Все совместные инициативы организаций, входящих в Большой Томский университет, утверждает Совет Томского консорциума.