Криогенное топливо в авиации.

Привет, друзья!

Криогенное топливоМы все знаем, что одной из основ материальной жизни современного человечества являются всем известные полезные ископаемые нефть и газ. Благословенные углеводороды так или иначе присутствуют в любой области нашей с вами жизни и первое, что приходит на ум любому человеку –  горючее. Это бензин, керосин и природный газ, используемый в различных энергосистемах ( в том числе и в двигателях транспортных средств).

Сколько автомобилей на дорогах мира и самолетов в воздухе сжигают в своих двигателях бензин и керосин… Количество их огромно и столь же огромен объем топлива, вылетающего, так сказать, в трубу (и при этом еще норовящего внести свою немалую долю в отравление атмосферы :-) ). Однако процесс этот не бесконечен. Запасы нефти, из которой производится львиная доля используемого в мире горючего (несмотря на то, что она постепенно сдает свои позиции природному газу), быстро уменьшаются. Она постоянно дорожает и дефицит ее ощущается все больше.

Такое положение уже довольно давно заставляет исследователей и ученых всего мира искать альтернативные источники топлива, в том числе и для авиации. Одним из направлений такой деятельности  стали разработки летательных аппаратов, использующих криогенное топливо.

Криогенный означает «рожденный холодом», и топливом в этом случае служит сжиженный газ, который хранится при очень низких температурах. Первым, привлекшим в этом плане внимание разработчиков газом, стал водород. Этот газ по своей теплотворной способности втрое превосходит керосин и, кроме того  при его использовании в двигателе в атмосферу выделяется вода и совсем небольшое количество окислов азота. То есть для атмосферы он безвреден.

Криогенное топливо

Самолет ТУ-154Б-2.

В середине  80-х годов прошлого века в конструкторском бюро А.Н.Туполева начали создавать самолет, использующий в качестве топлива жидкий водород. Он был разработан на базе серийного ТУ-154Б с использованием турбореактивного двухконтурного двигателя НК-88. Этот двигатель был создан в двигателестроительном конструкторском бюро им. Кузнецова (Самара)  опять же на базе серийного двигателя для Ту-154 НК-8-2 и предназначался для работы на водороде или природном газе. Надо сказать, что в этом бюро работы по новой тематике велись еще с 1968 года.

Криогенное топливо

Тот самый самолет Ту-155 на хранении... К сожалению отвратительном хранении :-( .

Новый самолет, работающий на криогенном топливе получил наименование ТУ-155. Однако все не так просто. Дело в том, что водород – это опасное топливо. Он чрезвычайно горюч и взрывоопасен. Обладает исключительной проникающей способностью , а храниться и транспортироваться может только в сжиженном состоянии при очень низких температурах, близких к абсолютному нулю (-273 градуса по Цельсию). Эти особенности водорода представляют собой достаточно большую проблему.

Поэтому ТУ-155 представлял собой летающую лабораторию для исследования и решения существующих проблем и базовый самолет при ее создании подвергся коренной переделке. Вместо правого двигателя НК-8-2 был установлен новый криогенный НК-88 (два других остались родными :-) ). В задней части фюзеляжа на месте пассажирского салона разместили специальный бак для криогенного топлива, жидкого водорода, объемом 20 куб.м. с усиленной экранно-вакуумной изоляцией, где водород мог храниться при температуре ниже минус 253 градуса Цельсия. К двигателям он подавался специальным турбонасосным агрегатом, как на ракете.

Криогенное топливо

Двигатель НК-88. Сверху на двигателе виден массивный турбонасосный агрегат.

Из-за большой взрывоопасности пришлось из отсека с топливным баком удалить практически все электрооборудование, дабы исключить малейшую возможность искрообразования, и весь отсек постоянно продувался азотом или воздухом. Для управления агрегатами силовой установки была создана специальная гелиевая система управления. Кроме того пары водорода из бака нужно было отводить подальше от двигателей, чтобы избежать воспламенения. Для этого сделали дренажную систему. На самолете хорошо видны ее отводы в хвостовой части фюзеляжа (особенно на киле).

Криогенное топливо

Компоновочная схема ТУ-155. Голубой - топливный бак. В переднем отсеке - обеспечивающее оборудование. Красным - криогенный двигатель.

В целом было создано и внедрено более 30-ти новых самолетных систем. Вобщем работа была проведена грандиозная :-) . А ведь еще нужно было наземное, не менее сложное, обеспечивающее заправку и хранение оборудование. Правда тогда полным ходом шла разработка системы «Буран», на ракете–носителе которой одним из компонентов топлива был жидкий водород. Поэтому считалось, что все будет поставлено на промышленную основу и недостатка в топливе не будет. Но, я думаю, каждому понятно, что криогенное топливо в такой системе становится просто «золотым» по стоимости. И это означает, что коммерческое использование жидкого водорода в ближайшем будущем вряд ли возможно. Поэтому уже тогда шла подготовка к переходу на другой вид криогенного топливасжиженный природный газ (СПГ).

Тем не менее первый полет ТУ-155 на жидком водороде состоялся 15 апреля 1988 года. Еще кроме этого было 4 таких полета. После этого ТУ-155 подвергся доработке для полетов с использованием сжиженного природного газа (СПГ).

Этот вид топлива по сравнению с водородом значительно дешевле и доступнее, кроме того он еще и в несколько раз дешевле керосина. Теплотворная способность его на 15% выше, чем у керосина. Кроме того он также мало засоряет атмосферу, а хранить его можно при температуре минус 160 градусов, что на целых 100 градусов выше, чем у водорода. Кроме того на фоне водорода СПГ все же менее пожароопасен (хотя, конечно, опасность такая все же существует) и имеется достаточный опыт поддержания его в безопасном состоянии. Организация газоснабжения (СПГ) аэродромов вобщем-то тоже не представляет чрезвычайной сложности. Почти к каждому крупному аэропорту подведены газовые трубопроводы. Вобщем достоинств хватает :-) .

Первые полеты ТУ-155 уже использующего криогенное топливо сжиженный природный газ состоялись в январе 1989 года. (Ролик, помещенный ниже, рассказывает об этом). Еще было около 90 таких полетов. Все они показали, что расход топлива по сравнению с керосином уменьшается почти на 15%, то есть самолет становится экономичнее и выгоднее.

Теперь немного о перспективах… В конце 90-х главный распорядитель российских газовых запасов Газпром выступил с инициативой постройки в начале грузо-пассажирского, а потом и просто пассажирского самолета, который мог бы полностью работать на СПГ. Самолет получил наименование ТУ-156 и создавался на базе уже имеющегося ТУ-155. На него должны были устанавливаться три новых двигателя НК-89. Это ТРДД, аналогичные НК-88, но имеющие две независимые топливные системы: одну для керосина и другую для криогенного топлива (СПГ). Это было удобно в том плане, что далеко не везде имелась возможность заправки газом, и самолет мог бы по мере необходимости переходить  с одной системы питания на другую. На это по разработанной технологии требовалось всего пять минут. НК-89 имел также теплообменник в затурбинном пространстве, где сжиженный газ переходил в газообразное состояние и затем поступал в камеру сгорания.

Были проведены большие исследовательские и расчетные работы по перекомпоновке отсеков и расположения топливных баков. К 2000-му году на Самарском авиационном заводе должны были быть выпущены три ТУ-156 и начата их сертификация и опытная эксплуатация. Но… К сожалению этого сделано не было. И препятствия к осуществлению задуманных планов были исключительно финансовыми.

После были разработаны еще несколько проектов самолетов, использующих криогенное топливо (СПГ), такие, как, например,ТУ-136 с турбовинтовыми двигателями, работающими как на керосине, так и на сжиженном газе и широкофюзеляжный ТУ-206 с турбореактивными двигателями, работающими на СПГ. Однако на данный момент все эти проекты так пока проектами и остались.

Криогенное топливо

Модель самолета Ту-136.

Криогенное топливо

Модель самолета ТУ-206 (ТУ-204К).

Как сложатся дела в этой области авиационной науки и техники покажет время. Пока создание летательных аппаратов, использующих криогенное топливо тормозится различными обстоятельствами, как объективными, так и субъективными. Предстоит еще много сделать в области разработки  специальных самолетных систем, развития наземной инфраструктуры, систем транспортировки и хранения топлива. Но тема эта чрезвычайно перспективна (и, на мой взгляд, очень интересна :-) ). Водород, с его огромной энергоемкостью и практически неисчерпаемыми запасами, –  это топливо будущего. Об этом можно говорить  с полной уверенностью. Переходным этапом к этому служит использование природного газа.

И этот  решительный шаг в будущее сделан именно в России. Испытываю гордость еще раз говоря об этом :-) . Нигде в мире не было и по сей день нет летательных аппаратов, подобных нашему ТУ-155. Хочется привести слова известного американского авиационного инженера Карла Бревера: “Русские совершили в авиации дело, соразмерное полету первого спутника Земли!

Это истинная правда! Очень только хочется, чтобы дела эти шли потоком (а русские это могут :-) ), и чтобы поток этот был непрерывен, а не двигался рывками, как это у нас часто бывает…

{lang: 'ru'}
Вам было интересно? Расскажите об этом друзьям:
Приглашаю к общению:

Related posts:

  1. Авиационное топливо. Чем кормят самолеты?
This entry was posted in АВИАИНТЕРЕСНОСТИ, МИР АВИАЦИИ and tagged . Bookmark the permalink.

22 Комментариев: Криогенное топливо в авиации.

  1. Евгения говорит:

    И не может не радовать тот фактор, что водород для нашей атмосферы экологически не представляет угрозы.

  2. Светлана говорит:

    Очень познавательно, никогда о подобном не слышала.

  3. Людмила говорит:

    В России, как всегда финансовые проблемы тормозят всю научную и исследовательскую работу. Очень жаль.

  4. Александр говорит:

    Всё интересно и заманчиво. Ещё бы державу бы не развалили и не растащили.

  5. Марина говорит:

    Хорошая, познавательная статья. Спасибо.

  6. Игорь говорит:

    Нам остается быть оптимистами:). Все разработки, связанные с альтернативными источниками топлива исчезают, работы останавливаются, патенты выкупаются и кладутся под сукно, проекты лобируются, все потому, что нефть еще есть и ее надо продать:)

  7. Спасибо. Очень интересная статья.

  8. Володимир говорит:

    Это – да….Пока есть нефть, нефтяные магнаты, и пока эти самые магнаты правят миром – ни о каком криогенном топливе не может быть и речи…….жаль конечно, но с этим ничего не поделать….остаётся только ждать, пока кончится нефть или пока кислотные дожди уничтожат всё живое на планете…….А тема инетересная, Бог даст – не оставлю её в покое!))

    • admin говорит:

      Похоже, что Вы, к сожалению, правы. Хотя очень не хочется верить в то, что деньги правят миром :-)
      А тема конечно очень интересная. Обязательно буду следить за всеми новостями. Дай только бог, чтобы они были :-)

  9. Руслан говорит:

    а что это за перфорация по периметру воздухозаборника на левом двигателе ТУ – 154Б – 2? Раньше таких отверстий я не замечал.

    • Юрий говорит:

      Увы, я тоже об этом не знаю ничего. Пытался найти в инете, но глухо. Могу подозревать, что это такое может быть, но догадки здесь не нужны, я думаю :-) . Интересно, что эта “перфорация” есть только на ТУ-154Б-2 (по крайней мере нигде не встречал на других модификациях), причем может быть как на левой мотогондоле, так и на правой, а может и не быть совсем…. Неплохо бы, чтобы кто-то из людей, эксплуатировавших такие борта отозвался…

      • Игорь говорит:

        Здравствуйте. Я не профи, а простой любитель авиации. Насколько выяснил, это так называемые “створки подпитки” – подпружиненные створки, открывающиеся от определённого перепада давления для дополнительного доступа воздуха в двигатель. Разумеется, это устройство не только на левом двигателе. Есть отличное видео, как оно работает: http://www.avsim.su/f/iz-passazhirskogo-salona-98/tu-154b-2-zapusk-vzlyot-posadka-49608.html?action=viewonline

        • Юрий говорит:

          Да, уже выяснили этот вопрос. Только он (и подробное объяснение) перемещен в страницу комментов “Об авторе”. Когда я увидел видео их работы – сразу все стало ясно… Об этом и написал. Совершенно верно, это створки подпитки двигателя дополнительным воздухом на повышенных режимах работы и малой скорости движения (или стоянке). Есть они и на некоторых других самолетах.

  10. Антон говорит:

    В августе прошлого года удалось воочию увидеть этот уникальный самолет на МАКСе: https://goo.gl/photos/QRSD5sRiaHDr3VTQ7 Бонусом на последней фотографии можно заметить проект 1.44 :)

  11. Данила говорит:

    А возможность охлаждения воздуха в компрессоре с помощью криогенного топлива рассматривалась?

  12. Твердислав говорит:

    Как говорится, есть возможность импортозамещения, правительство под давление вертикали власти (президента) офшорные деньги олигархата – миллиардеров за медаль ордена “Героя России” и чествования, а не намыленный галстук Березовского в ванне, правительство должно подсуетиться и возродить криогенные технологии для авиации, особенно на водороде.
    Эксплуатация таких самолетов в крупных городах – это не прорыв, а подрыв в экологической ситуации. Да и на экспорт дело пойдет. Только без Иванова – Главы администрации президента, он что то неадекватен своей должности, кадровая ошибка, хотя и член КГБ-бэшного братства!
    Авиамеханик гидросистем самолетов.

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *

*

Вы можете использовать это HTMLтеги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>