Традиционно для широкого спектра БПЛА-камикадзе используются либо ДВС в паре с винтом, либо турбореактивные двигатели, или электродвигатели, запитываемые чаще всего литиевой батареей. Однако специфика требований к двигателям для БПЛА не подразумевает требования долгой работы двигателя, а несколько часов его работы оказывается вполне достаточным. Последнее позволяет отнести к перспективным двигателям, или, правильнее, в данном случае к двигательной системе, сочетание моторов винтовой (или импеллерной) электротяги с источником энергии в виде МГД-генератора.
МГД-генератор — хорошо известен науке и технике еще с прошлого века. Его принцип — генерация электроэнергии скоростной струей пламени, расплава металла или раствора электролита, проходящих через магнитное поле. Электрический КПД лабораторных установок достигает 70% и выше, КПД реальных установок меньше. Если говорить о плазменных МГД-генераторах (на обычных углеводородных топливах), то это не более 25% КПД самого МГД-генератора, а суммарный КПД системы (МГД-генератор и турбина) не более 65%, что, впрочем, тоже очень хороший показатель энергоэффективности. Особенность МГД-генератора — малый удельный вес на единицу мощности, около 1 кг/кВт. Для сравнения: для автомобильных и мотоциклетных двигателей — 1–4 кг/кВт, для тепловозов — 5–10 кг/кВт, а для судовых или малооборотных дизелей — 15–50 кг/кВт по ГОСТ 4393-82.
Причина, почему МГД-генераторы так и не получили распространения в энергетике — нестойкость материала к высоким температурам плазменной струи, а следовательно, небольшое время его работы.
Небольшая справка. В СССР МГД-электростанции разрабатывались в 1960–1980-е годы как способ повысить КПД до 55–60% за счет прямого преобразования тепла в электричество без турбин.
Ключевые моменты:
· 1965 — первый советский МГД-генератор.
· 1971 — Запуск У-25 в Москве, первой в мире опытно-промышленной МГД-установки мощностью 25 МВт (реально выдавала 5 МВт), установка работала на газе с калийной добавкой и была интегрирована в энергосистему Москвы.
· Проекты станций на 500 МВт дальше У-25 не пошли из-за неразрешенных технических сложностей (малый пробег до остановки на ремонт).
· 1986 — проект промышленной МГД на Рязанской ТЭС, проект отменили в 1989.
Если рассматривать МГД-генератор как основу энергетической установки для БПЛА-камикадзе, то малое время его работы не является недостатком, а несколько часов бесперебойной и надежной работы вполне достаточно. Другой проблемой, которую было необходимо преодолеть, является длина плазменного канала, проходя через который, плазменная струя обеспечивает генерацию электрического тока. Длина плазменного канала является одновременно функцией скорости плазменной струи, электропроводности (при прочих равных зависит от температуры плазмы, а значит, степени ее ионизации) и силы магнитного поля. Приемлемыми значениями длины плазменного канала МГД-генератора были бы величины 0,1-0,3 м, позволившие разместить их на практически любых типах БПЛА. При этом МГД-генераторы с длиной канала 0,5-1,2 м уже пригодны только для больших БПЛА, например для БПЛА семейства «Гераней». Использование плазмы, образуемой при сжигании углеводородного топлива, не позволяет достичь длины плазменного канала менее 1,5 метров, а применение импульсных пороховых МГД-генераторов с длиной канала 0,1-0,3 м не может обеспечить сочетание компактности МГД-генератора с достаточно длительным временем работы (несколько минут против требуемых нескольких часов).
Решение проблемы оказалось в создании жидких композитных металлсодержащих (алюминиевая пудра) топлив, позволивших сократить длину плазменного канала до величины всего 0,14 м и обеспечить длительность работы свыше 220 минут. Другие характеристики действующих макетов МГД-установок представлены на изображении ниже.
Таким образом, МГД-генераторы могут стать эффективными двигательными установками для широкого спектра номенклатуры БПЛА-камикадзе, сочетая компактность, малый вес и дешевизну (на 20-30% легче малых турбореактивных двигателей и на 70-85% менее дороги в производстве, также они существенно дешевле и легче чем эквивалентные по запасу энергии литиевые батареи).