Repülőgép nukleáris meghajtása

A Aircraft Nuclear Propulsion program (franciául: "Propulziós nukleáris avion", rövidítve ANP ) és az előző Nukleáris energia a repülőgépek meghajtásához (franciául: "Energy atom for air propulion", rövidítve NEPA ) fejlesztési projektek voltak. nukleáris meghajtási rendszer nagyon nagy hatótávolságú repülőgépekhez .

Történelmi

Az Egyesült Államok hadseregének légierője (USAAF) a NEPA projektet kezdeményezte 1946. május 26. 1947-ben 10 millió dolláros hozzájárulás után a NEPA addig működött 1951. május, amikor a projektet átadták az ANP-nek, az Egyesült Államok Atomenergia Bizottsága (AEC) és az Egyesült Államok Légierője közös vállalkozásának eredményeként .

Az USAF a nukleáris reakció által meghajtott két különböző motortípust vizsgálta tovább: a "közvetlen légciklus" ( Direct Air Cycle ) koncepcióját , amelyet a General Electric fejlesztett ki a 1951. március 21, valamint az „ Indirekt légi ciklus ” koncepciót , amelyet a Pratt & Whitney nyerte el . A program célja a Convair X-6 fejlesztése és tesztelése volt, de 1961- ben felhagytak a repülőgép építése előtt.

Közvetlen légciklus

Elvileg a közvetlen ciklusú nukleáris hajtóanyag ("  Direct Air Cycle  ") hasonlít egy hagyományos turbógépre , azzal a különbséggel, hogy nincs égéstér . A kompresszor által beáramolt levegő egy sűrítménybe kerül, amely a levegőt közvetlenül az atomreaktor magjába irányítja . Hőcserére kerül sor, ahol a reaktort lehűtik: a beáramló levegő elveszi a hőt a reaktorból, majd egy második töltéshez jut. Ez egy turbina felé irányítja a levegőt , amely végül a kipufogógázhoz (a fúvókához ) juttatja . Az atommag tehát helyettesíti az üzemanyagot, amelyet általában egy turbómotor fogyaszt. A repülőgép hajtására és hosszú ideig használt láncreakciók .

A General Electric programját felajánlották 1951. augusztus 28és az ohiói Evendale- ben volt a székhelye . Az általa kínált előnyök miatt beperelték: egyszerű, megbízható, hatékony, gyorsan elindítható. A hagyományos sugárhajtóművek kompresszor- és turbinaszekcióit alkalmazták, az egyetlen különbség az, hogy a nukleáris reaktor által felmelegített levegő a turbinán keresztül történő kiszorítás előtt.

Repülőgép-reaktor kísérlet

A repülőgép-reaktor kísérlet (ARE) egy kísérlet volt egy 2,5  MW-os termikus neutron P-1 atomreaktor felhasználásával, amelynek célja a nagy teljesítménysűrűség elérése a jövőbeni használatra egy nukleáris hajtású bombázóban . Nukleáris tüzelőanyagként olvadt sók NaF - ZrF 4 (en) - UF 4 (53-41-6 mol% ) keverékét használta , berillium-oxid (BeO) mérsékelte , folyékony nátriumot használt másodlagos hűtőközegként, és elérte a maximális hőmérsékletet a 860  ° C-on . A fejlesztést 1952- ben fogadták el , a földi teszteket 1954-re tervezték, az első repüléseket pedig 1957-re . 1000 órán át működött 1954-ben, és ez volt a világ első olvadt sós atomreaktora . Ebben a projektben a munkát leállították   1953. május, az interkontinentális ballisztikus rakéták megjelenése után elavulttá vált. A fogalmak ezek a motorok még ma is látható a kísérleti tenyésztőreaktor I Memorial Building meg az Idaho National Laboratory .

Hőátadó reaktor kísérlet

A 1955 , a program sikeresen előállított a X-39 motor , amely két módosított General Electric J47s , a hő által szállított Heat Transfer Reactor Experiment-1 (HTRE-1). A HTRE-1 első teljes tesztjét kizárólag nukleáris energiára 2004-ben végezték el 1956. január. A tesztprogram során összesen 5004  MWh működést hajtottak végre. A HTRE-1 helyére a HTRE-2, majd végül a HTRE-3 került, amely energiát szolgáltat a két J47 turbógép számára. A HTRE-3 "repülőgép-stílusú" pajzsrendszert használt, és valószínűleg az X-6 meghajtására használták volna, ha a program befejeződött.

Pratt és Whitney repülőgép-reaktor-1

A 1957. február 5Egy másik reaktor elérte a kritikusság a Critical kísérletek Facility meg az Oak Ridge National Laboratory (ORNL) részeként a Pratt and Whitney Aircraft Company (PWAC) üzemanyag forgalomba reaktor programot . PWAR-1 jelölést kapott a "  Pratt és Whitney Aircraft Reactor-1  " kifejezésre. A kísérlet célja egy PWAC reaktor elméletileg előre jelzett tulajdonságainak kísérleti igazolása volt. A kísérlet csak rövid ideig tartott: a hónap végén1957. február, az összes adatot összegyűjtötték és megkezdték a szétszerelést. A kísérletet lényegében nulla atomerőművel hajtották végre. Az üzemi hőmérsékletet állandóan, körülbelül 677  ° C-on tartották , amely pontosan illeszkedett a PWAR-1 moderátor tervezett üzemi hőmérsékletéhez. Ezt a hőmérsékletet külső fűtőberendezések tartották fenn. A 2,5 MWt ARE-hez  hasonlóan a PWAR-1 NaF-ZrF 4 keveréket használt-UF 4 mint fő üzemanyag és hűtőfolyadék.

Közvetett légciklus

A közvetett ciklus („  Indirekt légi ciklus  ”) magában foglalja az atommagon kívüli hőcserét . Ahelyett, hogy közvetlen érintkezésbe kerülne a radioaktív anyaggal, a motor kompresszorából érkező levegőt egy hőcserélőbe juttatják , amely nyomás alatt álló forró vizet vagy folyékony fémet is fogad a reaktor magjából. Ezt a forró folyadékot a levegő így lehűti, majd átirányítja a kipufogó turbinára, és tolóerőt produkál, amikor kilép a fúvókából .

A közvetett légciklus programot a Pratt & Whitney kapta meg a Connecticut állambeli Middletown közelében található üzemben . Kialakításával, amely a reaktor különféle fő részei közötti egyértelmű megosztásnak kedvez, ez a projekt sokkal kevesebb radioaktív szennyezést okozott volna, mint az előző. Egy vagy két hurok folyékony fém táplálta volna a hőt a reaktorból a motorelemekbe. Ehhez a programhoz azonban nagyon sok kutatásra és számos könnyű rendszer fejlesztésére volt szükség, amelyek egy repülőgépben használhatók, például hőcserélők, folyékony fém turbopumpák és radiátorok .

Végül az Indirekt Ciklus program soha nem jutott el a repüléshez alkalmas elemek gyártásának szakaszába.

MX-1589 projekt

A 1951. szeptember 5, az amerikai légierő szerződést ítélt meg a Convair számára egy atomreaktor repülésére egy módosított B-36 Peacemaker fedélzetén , amely az ANP program része, de MX-1589 Project kódnév alatt .

A nukleáris kísérleti repülőgépnek (NTA), az NB-36H -nak tanulmányoznia kellett a levegőben lévő reaktor sugárvédő pajzsainak szükségességét annak megállapítása érdekében, hogy megvalósítható-e egy nukleáris hajtású repülőgép. Ez az egyetlen ismert kísérleti program légi atomreaktorokkal, amelyet az amerikaiak valós fedélzeti reaktorral hajtottak végre. Az NTA összesen 47 reaktor-kísérleti repülést hajtott végre Texas nyugata és Új-Mexikó déli része felett . A repülőgéppajzs-  tesztreaktornak (ASTR) nevezett  reaktor működőképes volt, de nem hajtotta meg a repülőgépet, mivel e repülések fő célja a pajzsok tesztelése volt.

Az NTA-val végzett kísérletek eredményeként 1961- ben felhagytak az X-6-tal és a teljes repülőgép nukleáris meghajtási programmal .

Lemondás

Sok probléma után a projektet várakoztatták 1953. március, csak egy évvel később kell újra megnyitni . A Szovjetunióval folytatott technológiai verseny, amelyet például a Sputnik 1 elindítása jelentett , és az amerikai légierő folyamatos támogatása lehetővé tette a program kitartását egy ideig, annak ellenére, hogy a Védelmi Minisztérium (DoD) jelentős megosztottságot okozott. és az Atomenergia Bizottság (AEC). Interkontinentális ballisztikus rakéták üzembe helyezése 2006 - ban1959. szeptemberezeket a projekteket azonban elavulttá tette. John F. Kennedy elnökké választása játékváltó volt. A program túlzott költségeit elítélve azt írta: „15 évet és csaknem egymilliárd dollárt különítettek el egy nukleáris hajtású repülőgép kifejlesztésére tett kísérletre, de a közeljövőben használható katonai eszköz létrehozásának lehetősége még mindig nagyon nehéz. messze ”az ANP programot lezáró beszédében 1961. március 26.

Mindazonáltal az eredmények az ARE projekt késztette ORNL tudósok és mérnökök , hogy benyújtja a Atomenergia Bizottság előzetes tervezési javaslatot egy kísérleti 30  MW th olvasztott só atomreaktor a villamosenergia-termelés. Civil. Az eredmény az olvadt-sós reaktor-kísérlet ( olvadt-sós reaktor-kísérlet , SERMs) megtervezése, kivitelezése és működtetése lett .

Megjegyzések és hivatkozások

Megjegyzések

  1. „  15 évet és mintegy egymilliárd dollárt szenteltek egy nukleáris hajtású repülőgép fejlesztésének kísérletére; de a katonai szempontból hasznos repülőgép belátható időn belüli elérésének lehetősége még mindig nagyon távoli.  "

Hivatkozások

  1. (in) Gerald Wendt , "  A Scientist Preview: The First Atomic Airplane  " , Popular Science , Volta Torrey járat.  159, n o  4,1951. október, P.  98-102 ( ISSN  0161-7370 , olvasható online ).
  2. Emme 1961 , p.  49–63. Fejezet: „  Repülés és asztronautika kronológiája, 1945–1949  ”.
  3. Stoffel 2000 , p.  2.
  4. (in) Raul Colon , "  Flying Nuclear, az amerikai erőfeszítések a beépített nukleáris Powered bombázó  " ,2007. augusztus 6(megtekintés : 2016. november 13. ) .
  5. Stoffel 2000 , p.  3.
  6. (en) Worcesteri Műszaki Intézet, „  Az atomerőművel működő repülőgép-program bomlása  ” , Megazone,1993(megtekintés : 2016. november 13. ) .
  7. (in) "  Nukleáris hajtású repülőgép  " , Brookings Intézet2006. március 2(megtekintés : 2016. november 13. ) .
  8. (in) Gunnar Thornton , Bevezetés a nukleáris propulsion- bevezetés és háttér - olvasás # 1 , a NASA Technical Reports Server, 26, 27 és 28 1963. február 80.  o. ( olvasható online [PDF] ) , p.  30.
  9. AEC 1963. évi kutatási és fejlesztési jelentés , p.  3.
  10. Emme 1961 , p.  3. fejezet: "  Repülés és asztronautika kronológiája, 1950-1954  ".
  11. (in) "  Repülőgépi nukleáris meghajtás - politika  " , az atomenergiával működő repülőgép-program bomlása ,1997(hozzáférés : 2019. augusztus 7. ) .
  12. Martin 2012 , p.  109–112.
  13. (in) LG Alexander és mtsai. , Oak Ridge Nemzeti Laboratórium , kísérleti olvadt sóval működő, 30  MW teljesítményű reaktor ( n ° ORNL-2796)1960. március 8, 40  p. ( olvasható online [PDF] ).
  14. (in) RC Robertson, Oak Ridge National Laboratory , SERM Design and Operations jelentés ( n o  ORNL-TM-728)1965. január, 575  p. ( olvassa el online [PDF] ) , I. rész , „A reaktor tervezésének leírása” , 1. o.  3–6.

Lásd is

Kapcsolódó cikkek

Bibliográfia

A cikk írásához használt dokumentum : a cikk forrásaként használt dokumentum.

Külső linkek