Ту-155 — криогенная авиация — Марафонец
Мы 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 топлива – сжиженный 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…
Источник: avia-simply.ru
marafonec.livejournal.com
155 — криогенная авиация: wowavostok
Мы 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 топлива – сжиженный 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…
Источник: avia-simply.ru
wowavostok.livejournal.com
155 — криогенная авиация: engineering_ru
Пишет dron_sd:На территории ЛИИ им.Громова в подмосковном Жуковском стоит самолет с надписью на борту Ту-155. Эта уникальная машина — летающая лаборатория для отработки систем и двигателя, использующих криогенное топливо. Работы в этом направлении велись в конце 80-х годов. Ту-155 стал первым в мире самолетом, использующим в качестве топлива жидкий водород и сжиженный природный газ. Прошло 27 лет с первого полета этой необычной машины. И сейчас она тихо стоит среди списанных самолетов. Несколько раз ее хотели разрезать на металл. Так чем же уникален это самолет?
1.
Прежде чем говорить об этом самолете, стоит пояснить, что такое криогенное топливо и чем оно отличается от углеводородного. Криогеника – это изменения свойств различных веществ в условиях крайне низких температур. То есть криогенное топливо означает “рожденное холодом”. Речь идет о жидком водороде, который хранится и перевозится в жидком состоянии при очень низких температурах. И о сжиженном природном газе, обладающем так же очень низкими температурами.
По сравнению с керосином, жидкий водород имеет ряд преимуществ. Он обладает втрое большей теплотворной способностью. То есть при сжигании равных масс, у водорода выделяется больше тепла, что напрямую влияет на экономические характеристики силовой установки. Кроме того, при его использовании в атмосферу выделяется вода и совсем небольшое количество окислов азота. Это делает силовую установку безвредной для атмосферы. Однако водород является очень опасным топливом. В смеси с кислородом он чрезвычайно горюч и взрывоопасен. Обладает исключительной проникающей способностью, а храниться и транспортироваться может только в сжиженном состоянии при очень низких температурах (-253°C).
Эти особенности водорода представляют собой достаточно большую проблему. Именно поэтому совместно с жидким водородом в качестве авиационного топлива рассматривался и природный газ. По сравнению с водородом он значительно дешевле и доступнее. Его можно хранить в сжиженном состоянии при температуре -160°C, а по сравнению с керосином, он обладает на 15% большей теплотворной способностью. Он в несколько раз дешевле керосина, что делает его также экономически выгодным в качестве авиационного топлива. Однако природный газ так же пожароопасен, хоть и в меньшей степени, чем водород. Именно с этими трудностями предстояло справиться инженерам ОКБ им.Туполева при создании экспериментального самолета Ту-155.
2.
Авиационные конструкторы впервые столкнулись с криогенной техникой. Поэтому проектирование шло не только в тиши конструкторских залов, но и в исследовательских лабораториях. Конструкторы шаг за шагом внедряли новые конструкторские решения и технологии, обеспечивающие создание принципиально новых систем самолета, криогенной силовой установки и систем, позволяющих ее безопасную эксплуатацию.
3.
Летающая лаборатория создавалась на базе серийного Ту-154, доработанного под стандарт Ту-154Б. Бортовой номер СССР-85035. Главным конструктором Ту-155 был назначен Владимир Александрович Андреев. В самолете имелось множество принципиальных отличий от базового варианта. Криогенный топливный бак объемом 17,5 м3 вместе с системой подачи топлива и системой поддержания давления составлял экспериментальный топливный комплекс, размещенный в хвостовом отсеке фюзеляжа, отделенном от других отсеков самолета буферной зоной. Бак, трубопроводы и агрегаты топливного комплекса имели экранно-вакуумную изоляцию, обеспечивающую заданные теплопритоки. Буферные зоны защищали экипаж и жизненно важные отсеки самолета в случае нарушения герметичности водородных систем.
4.
На самолете был установлен экспериментальный турбореактивный двухконтурный двигатель НК-88, созданный в Самаре в двигателестроительном конструкторском бюро под руководством академика Николая Дмитриевича Кузнецова на базе серийного двигателя для Ту-154 НК-8-2. Он устанавливался вместо правого штатного двигателя и использовал для работы водород или природный газ. Два других двигателя были родными и работали на керосине. Сейчас они сняты. А вот НК-88 остался на месте.
5.
6.
7.
Для управления и контроля криогенного комплекса на самолете имеется ряд систем:
— Гелиевая система, управляющая агрегатами силовой установки. Так как двигатель работал на водороде, к нему нельзя было подводить электроприводы. Именно по этому его систему управления заменили на гелиевую.
— Азотная система, замещающая воздушную среду в отсеках, где возможны утечки криогенного топлива.
— Система газового контроля, контролирующая газовую среду в отсеках самолета и предупреждающую экипаж в случае утечек водорода задолго до взрывоопасной концентрации.
— Система контроля вакуума в теплоизоляционных полостях.
В грузовом отсеке носовой части фюзеляжа расположены круглые баллоны с азотом. Также они установлены и в салоне самолета выше иллюминаторов. На полу вместо пассажирских кресел установлены баллоны с гелием. Плюс стойки с контрольно-измерительной и записывающей аппаратурой.В целом было создано и внедрено более 30-ти новых самолетных систем. Среди новых технологий важное место занимает технологический процесс, обеспечивающий очистку внутренних полостей трубопроводов и агрегатов. Потому что с высокоэффективной изоляцией и вакуумной герметичностью, чистота – залог безопасности будущего полета.Кабина экипажа подверглась изменениям. Перегородка была перенесена глубже в салон, а в кабине установлены рабочие места второго борт-инженера, который отвечал за работу экспериментального двигателя и инженера-испытателя, который контролировал работу бортовых экспериментальных систем. В полу кабины был смонтирован люк аварийного покидания.Для обслуживания самолета и выполнения испытательных работ был создан авиационный криогенный комплекс. Он состоял из системы заправки жидким водородом (или сжиженным природным газом), пневматического питания, энергоснабжения, телевизионного контроля, газового анализа, орошения водой в случае пожара, а также контроля качества криогенного топлива.На этапе наземных испытаний выполнялась проверка функционирования всех экспериментальных систем, включая работу двигателя НК-88 на жидком водороде. Были отработаны режимы заправки, обслуживания вакуумных систем, режимы работы топливной системы и системы поддержания давления в сочетании с работающим двигателем. Одновременно отрабатывалась подготовка самолета к полету, заправка бортовых систем гелием и азотом.
На фотографии видно длинную трубу, тянущуюся из-под фюзеляжа к соплу центрального двигателя. Это система аварийного слива жидкого водорода (природного газа). Она позволяла в случае необходимости слить криогенное топливо на срез сопла среднего штатного двигателя. В процессе наземных испытаний были отработаны различные ситуации, связанные с опасностью возникновения взрыва и пожара.
8.
9.
10.
11.
В процессе непосредственной подготовки к полету осуществлялась доставка жидкого водорода автозаправщиками. Они подсоединялись к самолету через стационарные криогенные трубопроводы с запорно-присоединительной арматурой, которая обеспечивала необходимые противопожарные разрывы между самолетом, заправщиком и местом сброса в атмосферу дренируемого газообразного водорода. После пристыковки заправщиков производился контроль качества жидкого водорода с использованием специального пробоотборника и газового хроматографа. Помимо обычных операций при подготовке самолета к полету проводилась подготовка экспериментального двигателя, экспериментальных систем самолета и наземного комплекса. Особое внимание уделялось средствам взрыво- и пожаробезопасности, системам газового контроля, азотной, контроля вакуума в изоляционных полостях, системе пожаротушения, вентиляции отсека топливного комплекса и мотогондолы. В процессе испытаний отрабатывались различные средства защиты от повышения концентрации водорода в отсеках, как с использованием нейтральной среды (азота), так и вентиляцией воздухом от бортовой системы кондиционирования.
Из-за большой взрывоопасности из отсека с топливным баком пришлось удалить практически все электрооборудование. Это исключило малейшую возможность искрообразования, а весь отсек постоянно продувался азотом или воздухом. Кроме того, пары водорода из бака нужно было отводить подальше от двигателей, чтобы избежать воспламенения. Для этого сделали дренажную систему. Один из ее элементов первым бросается в глаза на киле самолета. Это обтекатель выпускного коллектора.
12.
13.
К первому полету самолет готовили на Жуковской летно-испытательной и доводочной базе Туполева (ЖЛИиДБ). Ту-155 отбуксировали к месту запуска двигателей. “Я 035, прошу взлет”. “035, взлет разрешаю”. 15 апреля 1988 года в 17 часов 10 минут с подмосковного аэродрома стартовал в свой первый полет самолет Ту-155 с двигателем, работающем на жидком водороде. Его пилотировал экипаж в составе: первый пилот — заслуженный летчик испытатель СССР Владимир Андреевич Севанькаев, второй пилот — заслуженный летчик испытатель СССР Андрей Иванович Талалакин, борт-инженер — Анатолий Александрович Криулин, второй борт-инженер — Юрий Михайлович Кремлев, ведущий инженер-испытатель — Валерий Владимирович Архипов.
Полет проходил нормально. Контроль за его выполнением вели все наземные службы и самолет сопровождения Ту-134. Отработанные и проверенные на земле системы впервые проходили проверку в воздухе. Полет продолжался всего 21 минуту по малым кругам на разных высотах не выше 600 метров. Он завершился чуть раньше намеченного, для чего у инженера-испытателя Валерия Архипова были веские доводы: в азотном отсеке датчики зафиксировали наличие азота, который должен был автоматически появиться при утечках водорода. Но, слава Богу, причина была иная. Азот поступал через баллонный вентиль, разгерметизировавшийся при осуществлении самолетом крена в обе стороны от оси. Это стало понятно только на земле.
Был сделан только первый шаг на пути решения сложных проблем внедрения жидкого водорода в качестве авиационного топлива. В процессе летных испытаний были выполнены полеты по проверке работы силовой установки и систем самолета на различных режимах полета и при эволюциях самолета. Выполняли запуски экспериментального двигателя, испытывалась работа систем взрыво-пожаробезопасности в режимах создания нейтральной среды и вентиляции воздуха. В июне 1988 года программа летных испытаний на жидком водороде была выполнена полностью. После этого Ту-155 подвергся доработке для полетов с использованием сжиженного природного газа. Первый полет с использованием этого топлива состоялся 18 января 1989 года. Испытания самолета выполнял экипаж в составе: командир корабля — заслуженный летчик испытатель СССР Владимир Андреевич Севанькаев, второй пилот — Валерий Викторович Павлов, борт-инженер — Анатолий Александрович Криулин, второй борт-инженер — Юрий Михайлович Кремлев, ведущий инженер-испытатель — Валерий Владимирович Архипов.
Как сказал генеральный конструктор Алексей Андреевич Туполев: “Сегодня впервые в мире поднялся самолет, используя в качестве топлива сжиженный природный газ. И мы надеемся, что этот первый полет этого самолета он даст нам возможность собрать все научно-экспериментальные данные и построить самолет, на котором уже в ближайшее время смогут летать пассажиры”.
Испытания показали, что расход топлива по сравнению с керосином уменьшается почти на 15%. Плюс к этому они подтвердили возможность безопасной эксплуатации самолета на криогенном топливе. В ходе обширного комплекса испытаний на Ту-155 было установлено 14 мировых рекордов, а так же совершено несколько международных перелетов из Москвы в Братиславу (Чехословакия), Ниццу (Франция) и Ганновер (ФРГ). Общая наработка экспериментальной силовой установки превысила 145 часов.
В конце 90-х годов 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 сжиженном природном газе. Самолет получил наименование Ту-156 и создавался на базе уже имеющегося Ту-155. На него должны были устанавливаться три новых двигателя НК-89, аналогичные НК-88, но имеющие две независимые топливные системы: одну для керосина и другую для криогенного топлива. 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. К сожалению, этого сделано не было. И препятствия к осуществлению задуманных планов были исключительно финансовыми.
Наверное, можно сказать, что Ту-155 обогнал свое время. На нем впервые применили системы, к которым человечество еще вернется. А Ту-155 достоин стоять в музее, а не среди забытых списанных самолетов.
На Международном авиационно-космическом салоне МАКС-2015 Научно-инженерная компания «НИК» и Благотворительный фонд «Легенды Авиации» при поддержке Администрации города Жуковский и ОАО “Авиасалон” впервые представили этот уникальный самолет широкой публике.
Текст в основном, видимо, отсюда.
UPD от general_drozd (оборудование для обслуживания борта):
engineering-ru.livejournal.com
Криогенное топливо для российской авиации
Сможет ли сжиженный газ, заменив высокооктановый авиационный керосин, поднять в небо многотонный современный авиалайнер? На этот вопрос положительно ответили более четверти века назад советские авиастроители, добившись успеха, который в США сопоставили с запуском первого спутника Земли. Сегодня в России продолжаются исследования в этом направлении.
15 апреля 1988 года начались летные испытания экспериментального самолета Ту-155, который в качестве топлива использовал водород, а значит, не загрязнял окружающей среды. Несмотря на то, что испытания подтвердили целесообразность использования криогенного топлива, многотонные лайнеры до сих пор продолжают летать на керосине.
Объективная реальность заключается в том, что одним из важнейших условий развития цивилизации являются такие полезные ископаемые, как нефть и газ. И это притом, что еще великий русский химик Д. И. Менделеев говорил, что сжигать нефть, все равно, что топить печку ассигнациями. Правда, чистую нефть сегодня уже давно никто не сжигает, но очень широко используются продукты ее перегонки, и, в первую очередь, — бензин и керосин. Но что такое тот же керосин, использующийся в современных авиадвигателях? Он, прежде всего, характерен вредными выхлопными газами, загрязняющими атмосферу, хотя сегодня известны и весьма выгодные виды альтернативного жидкого топлива. Это жидкий водород (но он пока еще дорог по сравнению с нефтяным топливом) и сжиженный газ. Впрочем, в связи с неуклонным ростом цен на нефть, цена жидкого водорода в перспективе сравняется с ценой нефтяного топлива и даже станет ниже. Ну, а на сжиженном газе работают многие сегодняшние автомобили и это никого уже не удивляет!
И опять-таки следует помнить, что запасы нефти, из которой производится львиная доля используемого в мире топлива (несмотря на то, что нефть постепенно сдает свои позиции природному газу), быстро уменьшаются. Такое положение уже довольно давно заставляет исследователей и ученых всего мира искать альтернативные источники топлива, в том числе и для авиации. И вот одним из направлений такой деятельности стали разработки летательных аппаратов, использующих криогенное топливо, начатые еще при Советском Союзе!
Читайте также: Военная форма и защитит, и оценит здоровье
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 авиалайнера ТУ-154Б с использованием турбореактивного двухконтурного двигателя НК-88. Этот двигатель был создан в двигателестроительном конструкторском бюро им. Кузнецова (Самара) на базе серийного двигателя для Ту-154 НК-8-2 и предназначался для работы на водороде или же природном газе. Причем работы по новой тематике начались в этом КБ еще в 1968 году!
Криогенный означает «рожденный холодом», и это название только подчеркивает, что топливом в этом случае служит сжиженный газ, который хранится при очень низкой температуре. Первым таким газом, стал водород. По своей теплотворной способности он втрое превосходит керосин и, кроме того, при его сгорании в двигателе в атмосферу выделяется вода и лишь совсем небольшое количество окислов азота. То есть для атмосферы он практически на все 100 процентов безвреден.
Новый самолет, работающий на новом топливе, получил наименование ТУ-155. Однако далеко не все было просто, так что его создателем пришлось решить немало проблем. Начнем с того, что водород — это опасное топливо. Он чрезвычайно летуч и горюч, а в смеси с воздухом еще и взрывоопасен. К тому же, водород обладает исключительной проникающей способностью, а хранить и транспортировать его можно только лишь в сжиженном состоянии и при очень низкой температуре, близкой к температуре абсолютного нуля (-273 градуса по Цельсию)! Согласитесь, что все эти особенности водорода как топлива представляют собой достаточно серьезную проблему.
Поэтому-то ТУ-155 и подвергся серьезной переделке. Вместо правого двигателя НК-8-2 был установлен новый опытный криогенный НК-88, а в задней части фюзеляжа на месте пассажирского салона специальный бак для 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, какие используются на космических ракетах.
Потребовалось создать и не менее сложное, обеспечивающее заправку и хранение, наземное оборудование. Правда, тогда полным ходом шла разработка системы многоразового космического аппарата «Буран», на ракете-носителе которого одним из компонентов топлива как раз и должен был стать жидкий водород. Поэтому считалось, что вскоре все это будет поставлено на промышленную основу и недостатка в новом топливе не будет. Тем не менее, его стоимость оказалась многократно выше стоимости керосина, и понятно, что в тех условиях позволить себе переход на водород в качестве авиационного топлива наша страна просто не могла. Поэтому уже тогда специалисты задумались о другом виде криогенного топлива — сжиженном природном газе.
Тем не менее, первый полет ТУ-155 на жидком водороде все-таки состоялся 15 апреля 1988 года. Затем было совершено еще четыре таких полета. А затем ТУ-155 подвергся доработке для полетов с использованием уже сжиженного природного газа, поскольку этот вид топлива по сравнению с водородом оказался дешевле и доступнее в разы. При этом теплотворная способность жидкого газа на 15 процентов выше, чем у керосина и он также мало загрязняет атмосферу, ну, а хранить его можно при температуре минус 160 градусов, что на целых 100 градусов выше, чем у водорода. Кроме того, по сравнению с водородом сжиженный природный газ все-таки не так пожароопасен (хотя, конечно, опасность такая все же существует) и есть достаточный опыт поддержания его в безопасном состоянии. Организация газоснабжения аэродромов тоже не представляет чрезвычайной сложности, поскольку к каждому крупному аэропорту в наше время подведены газовые трубопроводы.
Первые полеты ТУ-155, уже использующего в качестве криогенного топлива сжиженный природный газ, состоялись в январе 1989 года. Всего было около 90 таких полетов. Все они показали, что расход топлива по сравнению с керосином уменьшился почти на 15 процентов, а это значит, что самолет становится экономичнее и выгоднее. И это не говоря уже о его очевидных экологических преимуществах!
Читайте также: На Черном море взовьются новые вымпелы
Теперь немного о перспективах перехода на криогенное топливо. В конце 90-х Газпром выступил с инициативой постройки сначала грузопассажирского, а потом и чисто пассажирского авиалайнера, который мог бы целиком и полностью работать на природном газе. Самолет получил наименование ТУ-156 и создавался на базе уже имевшегося ТУ-155. На него должны были устанавливаться три новых двигателя НК-89: аналогичные НК-88, но имеющие сразу две независимые топливные системы: одну для керосина и другую для криогенного топлива. Это было удобно в том плане, что далеко не везде имелась возможность заправки самолета жидким газом, и в этом случае он мог бы по мере необходимости легко переходить с одной системы питания на другую. На это по разработанной технологии требовалось всего пять минут. Главной особенностью НК-89 был теплообменник, в котором сжиженный газ переходил в газообразное состояние и лишь только после этого поступал в камеру сгорания.
Были проведены большие исследовательские и расчетные работы по перекомпоновке отсеков и расположению топливных баков. К 2000-му году на Самарском авиационном заводе должны были быть выпущены первые три ТУ-156 и затем начата их сертификация и опытная эксплуатация. Однако сделано этого не было. И препятствия к осуществлению задуманных планов были не технические, а исключительно финансовые.
Читайте также: Есть ли шансы у танка «Терминатор»?
После этого было создано еще несколько проектов самолетов, использующих криогенное топливо, например, ТУ-136 с турбовинтовыми двигателями, работающими как на керосине, так и на сжиженном газе, баки для которого находились в мотогондолах его двигателей, и широкофюзеляжный ТУ-206 с турбореактивными двигателями, работающими на газе. Однако на данный момент все эти проекты так проектами и остались. Причем в мире не было и до сих пор нет летательных аппаратов, подобных нашему российскому ТУ-155. Зато остались слова, сказанные американским авиационным инженером Карлом Бревером: «Русские совершили в авиации дело, соразмерное полету первого спутника Земли!».
www.pravda.ru
ТОПЛИВО ДЛЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ XXI ВЕКА
В канун третьего тысячелетия вновь заговорили о криогенной авиационной технике. Возможности ее должны намного превзойти характеристики сегодняшних самолетов, летающих на нефтяном топливе. Какие перспективы открывает перевод гражданских самолетов с авиационного керосина на криогенное топливо? Как обстоят дела в этой области в России? С какими трудностями сталкиваются проектировщики криогенных топливных систем?Бортовой пульт криогенных систем самолета Ту-156 (макет).
В летающей лаборатории Ту-155 впервые был установлен авиационный двигатель, работающий на жидководородном топливе.
Строящийся самолет Ту-156 для перевозки коммерческих грузов с тремя криогенными двигателя ми НК-89, работающими на сжиженном природном газе.
Аэродромный комплекс заправки самолетов сжиженным природным газом.
‹
›
В конце только что ушедшего ХХ века нефтяное топливо уступило первенство газовому. Доля нефти в мировой энергетике снизилась до 35 процентов, а доля газа превысила 50-процентный рубеж. По современным представлениям геологов, потенциальные запасы газа на планете в десятки раз превосходят запасы угля и нефти, вместе взятые. В России, занимающей первое место в мире по разведанным запасам природного газа, на газовую энергетику приходится более 52 процентов всей производимой энергии.
Природный газ давно стал распространенным автомобильным топливом. Сегодня ученые думают об использовании его на речном, морском и железнодорожном транспорте. Вплотную занялись этой проблемой и авиастроите ли.
В середине 1980-х годов у специалистов ОАО «Туполев» появилась возможность создать самолет, работающий на сжиженном газовом топливе. Его еще называют криогенным (kryos — холод, genes — рожденный). На базе пассажирского лайнера Ту-154 они построили летающую лабораторию Ту-155 (см. «Наука и жизнь» № 1, 1989 г.). В качестве авиационного топлива был использован жидкий водород. Это почти идеальное экологически чистое топливо выделяет при сгорании в основном воду и незначительное количество окислов азота. По теплотворной способности водород втрое превосходит традиционный авиационный керосин.
Были и другие аргументы в пользу этого выбора. Полным ходом шла работа над созданием космического корабля многоразового использования «Буран». (Он совершил свой первый и единственный полет 15 ноября 1988 года.) Топливной парой одной из ступеней ракеты-носителя космического челнока служили жидкие кислород и водород. В СССР уже были разработаны технологии и оборудование для производства и хранения водородного компонента. Предполагалось, что производство поставят на промышленную основу, и с топливом не будет проблем.
В то же время водород взрывоопасен, хранить и транспортировать его можно только в жидком состоянии при очень низких температурах, близких к абсолютному нулю (минус 273оС). И это представляет очень серьезную проблему.
Проектировщикам летающей лаборатории пришлось существенно изменить компоновку самолета и решить целый ряд сложнейших технических задач. В хвостовой части фюзеляжа, где был пассажирский салон, оборудовали герметичный отсек и установили в нем криогенный бак на 20 мз жидкого водорода с экранно-вакуумной теплоизоляцией, которая долгое время сохраняет в баке температуру ниже минус 253оС. Правый двигатель самолета заменили модифицированным НК-88, работающим на жидководородном топливе. Для его подачи вместо привычного насоса установили высоконапорный турбонасосный агрегат, наподобие тех, что используются в ракетных двигателях.
Чтобы обеспечить надежную взрыво- и пожаробезопасность самолета, из отсека с криогенным баком убрали почти всю электропроводку — источник возможного образования искры. Спроектировали и смонтировали дренажную систему, которая отводит из бака пары водорода на безопасное расстояние от двигателей и источников электричества. Всего было сконструировано более 30 дополнительных бортовых систем.
Переоборудованный таким образом Ту-155 впервые поднялся в воздух 15 апреля 1988 года. Его пилотировал летчик-испытатель
В. А. Севанькаев. Но довольно скоро работа над силовой установкой на жидком водороде была остановле на. Разработчики переключились на более удобный в эксплуатации сжиженный природный газ (СПГ) — самое чистое и дешевое ископаемое топливо. Как и водород, СПГ значительно меньше загрязняет окружающую среду, его теплотворная способность на 15 процентов выше, чем у авиационного керосина. Да и хранить СПГ в жидком виде гораздо проще (температура может быть около минус 160оС, что почти на 100 градусов выше, чем при хранении водорода).
Летающую лабораторию оснастили криогенным двигателем, работающим на СПГ, в январе 1989 года. Первые же полеты показали, что по сравнению с керосином удельный расход топлива снижается примерно на 15 процентов, а экономичность воздушного лайнера существенно возрастает, поскольку себе-стоимость СПГ в несколько раз ниже, чем керосина.
Экспериментальные полеты Ту-155 дали бесценный опыт для дальнейшего усовершенствования авиационных криогенных топливных систем. Сейчас создается новый самолет на криогенном топливе — Ту-156, предназначенный не для испытаний, а для коммерческой эксплуатации. У этой машины уже появился потенциальный заказчик. Его собирается использовать на региональных авиалиниях Газпром.
В отличие от своего предшественника (серийного самолета Ту-154М), Ту-156 оснащается тремя двигателями НК-89 с раздельными топливными системами (одна штатная — для керосина, другая — криогенная — для СПГ). Как и НК-88, новый двигатель оборудован турбонасосным агрегатом, его приводит в действие воздух, который поступает из компрессора турбореактивного двигателя. За турбиной находится теплообменник. В нем жидкий газ нагревается, переходит в газообразное состояние и поступает в камеру сгорания двигателя, где установлены газовые и керосиновые форсунки. Все криогенные краны и клапаны снабжены электроприводами. На криогенных баках и трубопроводах установлена аппаратура для измерения количества и уровня топлива, его температуры и давления. На правом и левом бортах смонтированы заправочный и дренажный штуцеры. Время полной заправки самолета — всего 30 минут.
Проектировщики Ту-156 рассмотрели множество вариантов размещения топливного бака (под крылом, на фюзеляже, в других местах) и выбрали тот, при котором не нарушается аэродинамика, сохраняются устойчивость и управляемость машины. Основной криогенный бак емкостью 13 тонн, диаметром больше 3 м и длиной почти
5,5 м разместили на месте заднего пассажирского салона, а центровочный (на 3,8 тонны) — в переднем багажном отделении под полом кабины пилотов. Основную же часть пассажирского салона превратили в грузовой отсек.
Топливные баки для СПГ изготовили из алюминиевого сплава и покрыли теплоизоляцией из пенополиуре тана толщиной около 50 мм. Такие баки не только сохраняют низкую температуру (минус 162оС), но и выдерживают избыточное давление до 0,2 МПа. Как и в летающей лаборатории, криогенные баки Ту-156 оборудуются дренажной системой, сбрасывающей пары метана в нештатных и аварийных ситуациях. При нормальной работе давление паров не превышает допустимое.
Проблема особой важности — взрыво- и пожаробезопасность. На воздушных судах, работающих на СПГ, она имеет свою специфику. Если нарушается герметичность топливной системы самолета, заправленного традиционным горючим — керосином, он, как слабоиспаряющаяся жидкость, заполняет сравнительно малый объем, и хотя обнаружить утечку очень трудно, опасность пожара или взрыва не столь велика. На самолетах, работающих на СПГ, все гораздо серьезнее. В случае утечки газа из топливной системы он быстро заполняет отсеки планера. Чтобы избежать возможного воспламенения метана, из них убирают все искрообразующее электрооборудование и устанавливают газоаналитические датчики, сигнализирующие об аварийной ситуации. Кроме этого в отсеках предусмотрена принудительная вентиляция.
При таком компоновочном решении грузоподъемность Ту-156 снизилась с 18,8 тонны (у базового Ту-154С) до 14 тонн. Но конструкторы не исключают и другие, более экономически выгодные решения. Дальность перевозки груза, по расчетам, будет не меньше 2600 км при работе на СПГ, а на СПГ и керосине — 3200 км. Благодаря двум раздельным топливным системам (для керосина и СПГ) Ту-156 сможет заправиться газом, совершить полет в аэропорт, где пока нет оборудования для его производства и хранения, и улететь оттуда на керосине. В нештатной ситуации перейти с одного вида топлива на другой можно всего за 5 секунд. Эти преимущества повышают безопасность полетов и делают авиалайнеры на СПГ более мобильными.
Еще три года назад Самарский авиационный завод должен был выпустить три самолета Ту-156, провести их сертификацию и начать опытную эксплуатацию. Из-за нехватки средств машины эти до сих пор не построены. Между тем именно на них предстоит отработать не только проектно-конструкторские решения, но и технологию эксплуатации и обслуживания самолетов на криогенном топливе. Завершение этих работ даст толчок к началу более широкого применения сжиженного природного газа в авиации. Но уже сейчас разрабатываются модификации современных самолетов, которые смогут летать на СПГ, в их числе пассажирский лайнер нового поколения Ту-204.
Чтобы полеты самолетов на СПГ стали регулярными, нужно создавать в аэропортах наземную инфраструктуру. Это прежде всего установки для сжижения газа и газозаправочное оборудование. А поскольку большинство аэропортов располагается вблизи магистральных газопроводов, где газ находится под высоким давлением, нужны также газоперекачивающие и газораспределительные станции. Сейчас ведутся работы по переводу СПГ в жидкое состояние без затрат дополнительной энергии.
В марте прошлого года коллективы ОАО «Туполев», СНТК имени Н. Д. Кузнецова и их смежники за вклад в развитие криогенной авиационной техники получили специальную правительственную премию. Сейчас работы идут в рамках финансируемой Федеральной программы «Развитие криогенной аэрокосмической и другой транспортной техники». Если ее удастся реализовать, решится проблема нехватки в стране авиационного топлива и, что очень важно, снизится стоимость авиаперевозок. Наконец, криогенные технологии начнут использовать не только в аэрокосмической, но и в других отраслях.
www.nkj.ru
Ту-155 — криогенная авиация — Андрей Сдатчиков
На территории ЛИИ им.Громова в подмосковном Жуковском стоит самолет с надписью на борту Ту-155. Эта уникальная машина, летающая лаборатория для отработки систем и двигателя, использующих криогенное топливо. Работы в этом направлении велись в конце 80-х годов. Ту-155 стал первым в мире самолетом, использующим в качестве топлива жидкий водород и сжиженный природный газ. Прошло 27 лет с первого полета этой необычной машины. И сейчас она тихо стоит среди списанных самолетов. Несколько раз ее хотели разрезать на металл. Так чем же уникален это самолет?1.
Прежде чем говорить об этом самолете, стоит пояснить, что такое криогенное топливо и чем оно отличается от углеводородного. Криогеника – это изменения свойств различных веществ в условиях крайне низких температур. То есть криогенное топливо означает “рожденное холодом”. Речь идет о жидком водороде, который хранится и перевозится в жидком состоянии при очень низких температурах. И о сжиженном природном газе, обладающем так же очень низкими температурами. По сравнению с керосином, жидкий водород имеет ряд преимуществ. Он обладает вторе большей теплотворной способностью. То есть при сжигании равных масс, у водорода выделяется больше тепла, что напрямую влияет на экономические характеристики силовой установки. Кроме того при его использовании в атмосферу выделяется вода и совсем небольшое количество окислов азота. Это делает силовую установку безвредной для атмосферы. Однако водород является очень опасным топливом. В смеси с кислородом он чрезвычайно горюч и взрывоопасен. Обладает исключительной проникающей способностью, а храниться и транспортироваться может только в сжиженном состоянии при очень низких температурах (-253°C). Эти особенности водорода представляют собой достаточно большую проблему. Именно поэтому совместно с жидким водородом в качестве авиационного топлива рассматривался и природный газ. По сравнению с водородом он значительно дешевле и доступнее. Его можно хранить в сжиженном состоянии при температуре -160°C, а по сравнению с керосином, он обладает на 15% большей теплотворной способностью. Кроме того он в несколько раз дешевле керосина, что делает его так же экономически выгодным в качестве авиационного топлива. Однако природный газ так же пожароопасен, хоть и в меньшей степени, чем водород. Именно с этими трудностями предстояло справиться инженерам ОКБ им.Туполева при создании экспериментального самолета Ту-155.
2.
Авиационные конструкторы впервые столкнулись с криогенной техникой. Поэтому проектирование шло не только в тиши конструкторских залов, но и в исследовательских лабораториях. Конструкторы шаг за шагом внедряли новые конструкторские решения и технологии, обеспечивающие создание принципиально новых систем самолета, криогенной силовой установки и систем, позволяющих ее безопасную эксплуатацию.
3.
Летающая лаборатория создавалась на базе серийного Ту-154, доработанного под стандарт Ту-154Б. Бортовой номер СССР-85035. Главным конструктором Ту-155 был назначен Владимир Александрович Андреев. В самолете имелось множество принципиальных отличий от базового варианта. Криогенный топливный бак объемом 17,5 м3 вместе с системой подачи топлива и системой поддержания давления составлял экспериментальный топливный комплекс, размещенный в хвостовом отсеке фюзеляжа, отделенном от других отсеков самолета буферной зоной. Бак, трубопроводы и агрегаты топливного комплекса имели экранно-вакуумную изоляцию, обеспечивающую заданные теплопритоки. Буферные зоны защищали экипаж и жизненно важные отсеки самолета в случае нарушения герметичности водородных систем.
4.
На самолете был установлен экспериментальный турбореактивный двухконтурный двигатель НК-88, созданный в Самаре в двигателестроительном конструкторском бюро под руководством академика Николая Дмитриевича Кузнецова на базе серийного двигателя для Ту-154 НК-8-2. Он устанавливался вместо правого штатного двигателя и использовал для работы водород или природный газ. Два других двигателя были родными и работали на керосине. Сейчас они сняты. А вот НК-88 остался на месте.
5.
6.
7.
Для управления и контроля криогенного комплекса на самолете имеется ряд систем:
— Гелиевая система, управляющая агрегатами силовой установки. Так как двигатель работал на водороде, к нему нельзя было подводить электроприводы. Именно по этому его систему управления заменили на гелиевую.
— Азотная система, замещающая воздушную среду в отсеках, где возможны утечки криогенного топлива.
— Система газового контроля, контролирующая газовую среду в отсеках самолета и предупреждающую экипаж в случае утечек водорода задолго до взрывоопасной концентрации.
— Система контроля вакуума в теплоизоляционных полостях.
В грузовом отсеке носовой части фюзеляжа расположены круглые баллоны с азотом. Так же они установлены и в салоне самолета выше иллюминаторов. На полу вместо пассажирских кресел установлены баллоны с гелием. Так же на борту установлены стойки с контрольно-измерительной и записывающей аппаратурой.В целом было создано и внедрено более 30-ти новых самолетных систем. Среди новых технологий важное место занимает технологический процесс обеспечивающий очистку внутренних полостей трубопроводов и агрегатов. Потому что с высокоэффективной изоляцией и вакуумной герметичностью, чистота – залог безопасности будущего полета.Кабина экипажа подверглась изменениям. Перегородка была перенесена глубже в салон, а в кабине установлены рабочие места второго борт-инженера, который отвечал за работу экспериментального двигателя и инженера-испытателя, который контролировал работу бортовых экспериментальных систем. В полу кабины был смонтирован люк аварийного покидания.Для обслуживания самолета и выполнения испытательных работ был создан авиационный криогенный комплекс. Он состоял из системы заправки жидким водородом (или сжиженным природным газом), пневматического питания, энергоснабжения, телевизионного контроля, газового анализа, орошения водой в случае пожара, а так же контроля качества криогенного топлива.На этапе наземных испытаний выполнялась проверка функционирования всех экспериментальных систем, включая работу двигателя НК-88 на жидком водороде. Были отработаны режимы заправки, обслуживания вакуумных систем, режимы работы топливной системы и системы поддержания давления в сочетании с работающим двигателем. Одновременно отрабатывалась подготовка самолета к полету, заправка бортовых систем гелием и азотом.
На фотографии видно длинную трубу, тянущуюся из-под фюзеляжа к соплу центрального двигателя. Это система аварийного слива жидкого водорода (природного газа). Она позволяла в случае необходимости слить криогенное топливо на срез сопла среднего штатного двигателя. В процессе наземных испытаний были отработаны различные ситуации, связанные с опасностью возникновения взрыва и пожара.
8.
9.
10.
11.
В процессе непосредственной подготовки к полету осуществлялась доставка жидкого водорода автозаправщиками. Они подсоединялись к самолету через стационарные криогенные трубопроводы с запорно-присоединительной арматурой, которая обеспечивала необходимые противопожарные разрывы между самолетом, заправщиком и местом сброса в атмосферу дренируемого газообразного водорода. После пристыковки заправщиков производился контроль качества жидкого водорода с использованием специального пробоотборника и газового хроматографа. Помимо обычных операций при подготовке самолета к полету проводилась подготовка экспериментального двигателя, экспериментальных систем самолета и наземного комплекса. Особое внимание уделялось средствам взрыво- и пожаробезопасности, системам газового контроля, азотной, контроля вакуума в изоляционных полостях, системе пожаротушения, вентиляции отсека топливного комплекса и мотогондолы. В процессе испытаний отрабатывались различные средства защиты от повышения концентрации водорода в отсеках, как с использованием нейтральной среды (азота), так и вентиляцией воздухом от бортовой системы кондиционирования.
Из-за большой взрывоопасности из отсека с топливным баком пришлось удалить практически все электрооборудование. Это исключило малейшую возможность искрообразования, а весь отсек постоянно продувался азотом или воздухом. Кроме того пары водорода из бака нужно было отводить подальше от двигателей, чтобы избежать воспламенения. Для этого сделали дренажную систему. Один из ее элементов первым бросается в глаза на киле самолета. Это обтекатель выпускного коллектора.
12.
13.
К первому полету самолет готовили на Жуковской летно-испытательной и доводочной базе Туполева (ЖЛИиДБ). Ту-155 отбуксировали к месту запуска двигателей. “Я 035, прошу взлет”. “035, взлет разрешаю”. 15 апреля 1988 года в 17 часов 10 минут с подмосковного аэродрома стартовал в свой первый полет самолет Ту-155 с двигателем, работающем на жидком водороде. Его пилотировал экипаж в составе: первый пилот — заслуженный летчик испытатель СССР Владимир Андреевич Севанькаев, второй пилот — заслуженный летчик испытатель СССР Андрей Иванович Талалакин, борт-инженер — Анатолий Александрович Криулин, второй борт-инженер — Юрий Михайлович Кремлев, ведущий инженер-испытатель — Валерий Владимирович Архипов.
Полет проходил нормально. Контроль за его выполнением вели все наземные службы и самолет сопровождения Ту-134. Отработанные и проверенные на земле системы впервые проходили проверку в воздухе. Полет продолжался всего 21 минуту по малым кругам на разных высотах не выше 600 метров. Он завершился чуть раньше намеченного, для чего у инженера-испытателя Валерия Архипова были веские доводы: в азотном отсеке датчики зафиксировали наличие азота, который должен был автоматически появиться при утечках водорода. Но, слава Богу, причина была иная. Азот поступал через баллонный вентиль, разгерметизировавшийся при осуществлении самолетом крена в обе стороны от оси. Это стало понятно только на земле.
Был сделан только первый шаг на пути решения сложных проблем внедрения жидкого водорода в качестве авиационного топлива. В процессе летных испытаний были выполнены полеты по проверке работы силовой установки и систем самолета на различных режимах полета и при эволюциях самолета. Выполняли запуски экспериментального двигателя, испытывалась работа систем взрыво-пожаробезопасности в режимах создания нейтральной среды и вентиляции воздуха. В июне 1988 года программа летных испытаний на жидком водороде была выполнена полностью. После этого Ту-155 подвергся доработке для полетов с использованием сжиженного природного газа. Первый полет с использованием этого топлива состоялся 18 января 1989 года. Испытания самолета выполнял экипаж в составе: командир корабля — заслуженный летчик испытатель СССР Владимир Андреевич Севанькаев, второй пилот — Валерий Викторович Павлов, борт-инженер — Анатолий Александрович Криулин, второй борт-инженер — Юрий Михайлович Кремлев, ведущий инженер-испытатель — Валерий Владимирович Архипов.
Как сказал генеральный конструктор Алексей Андреевич Туполев: “Сегодня впервые в мире поднялся самолет, используя в качестве топлива сжиженный природный газ. И мы надеемся, что этот первый полет этого самолета он даст нам возможность собрать все научно-экспериментальные данные и построить самолет, на котором уже в ближайшее время смогут летать пассажиры”.
Испытания показали, что расход топлива по сравнению с керосином уменьшается почти на 15%. Плюс к этому они подтвердили возможность безопасной эксплуатации самолета на криогенном топливе. В ходе обширного комплекса испытаний на Ту-155 было установлено 14 мировых рекордов, а так же совершено несколько международных перелетов из Москвы в Братиславу (Чехословакия), Ниццу (Франция) и Ганновер (ФРГ). Общая наработка экспериментальной силовой установки превысила 145 часов.
В конце 90-х годов 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 сжиженном природном газе. Самолет получил наименование Ту-156 и создавался на базе уже имеющегося Ту-155. На него должны были устанавливаться три новых двигателя НК-89, аналогичные НК-88, но имеющие две независимые топливные системы: одну для керосина и другую для криогенного топлива. 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. К сожалению этого сделано не было. И препятствия к осуществлению задуманных планов были исключительно финансовыми.
Наверное, можно сказать, что Ту-155 обогнал свое время. На нем впервые применили системы, к которым человечество еще вернется. А Ту-155 достоин стоять в музее, а не среди забытых списанных самолетов.
На Международном авиационно-космическом салоне МАКС-2015 Научно-инженерная компания «НИК» и Благотворительный фонд «Легенды Авиации» при поддержке Администрации города Жуковский и ОАО “Авиасалон” впервые представили этот уникальный самолет широкой публике.
Вот такие дела.
dron-sd.livejournal.com
Энциклопедия техники — значение слова Криогенное Топливо
жидкое топливо (при температуре ниже 120 К), получаемое сжижением газов глубоким охлаждением, К К. т. относятся жидкие водород, метан и (в значительной мере условно) пропан. Они обладают повышенным хладоресурсом топлива, что важно для решения проблем, связанных с охлаждением теплонапряжённых элементов летательного аппарата, силовой установки и бортового оборудования при больших скоростях полёта.
Широкие перспективы открываются при использовании в качестве авиационного топлива жидкого водорода, имеющего высокие энергетические характеристики. С применением водорода связывают возможности создания самолётов с большими гиперзвуковыми скоростями полёта. Жидкий пропан рассматривается в качестве эффективного хладагента для бортовых систем кондиционирования и теплонапряжённых элементов летательных аппаратов и силовых установок. При использовании пропана значительно легче (по сравнению с использованием водорода и метана) решаются проблемы сжижения, транспортировки, хранения, а также размещения К. т. на летательном аппарате. Метан по многим важным эксплуатационным показателям (плотности, температурному диапазону жидкого состояния и другим) существенно уступает пропану, но превосходит его по ресурсам сырья.
В 1988 в СССР начались лётные испытания экспериментального самолёта Ту-155, способного использовать в качестве топлива жидкий водород и сжиженный природный газ.
Смотреть значение Криогенное Топливо в других словарях
Топливо — топлива, мн. нет, ср. Вещество, материал, к-рым топят (см. топить 1 в 1 знач.). Твердое топливо (дрова, уголь). Жидкое топливо (нефть). Премия за экономию топлива.
Толковый словарь Ушакова
Топливо Ср. — 1. Горючее вещество, используемое для получения тепла, тепловой энергии.
Толковый словарь Ефремовой
Топливо… — 1. Начальная часть сложных слов, вносящая значение сл.: топливо (топливодобывающий, топливопередача, топливоприёмник, топливохранилище и т.п.).
Толковый словарь Ефремовой
Выплата На Питание, Жилье, Топливо — —
стоимость бесплатно предоставленных работникам отдельных отраслей экономики питания и продуктов, жилья и коммунальных услуг и др.
Экономический словарь
Плата За Разработку И Добычу Торфа На Топливо — — один из видов платежей в государственный бюджет за природные ресурсы; уплачивают предприятия, организации, разрабатывающие торфяные залежи.
Экономический словарь
Топливо — горючее вещество, дающее тепло, являющееся источником получения энергии.
Экономический словарь
Топливо, Условное — — условно-натуральная
единица, применяемая для соизмерения топлива различных видов. Пересчет количества топлива данного вида в тонны условного топлива производится……..
Экономический словарь
Топливо — -а; м. Горючее вещество, используемое для получения теплоты, тепловой энергии. Запасы топлива. Жидкое т. (нефть и продукты её переработки). Твёрдое т. (древесина, уголь,……..
Толковый словарь Кузнецова
Топливо… — Первая часть сложных слов. Вносит зн. сл.: топливо. Топливозаправщик, топливоподача, топливопровод, топливоснабжение, топливохранилище.
Толковый словарь Кузнецова
Автомобильное Топливо — Под автомобильным топливом для целей налогообложения понимаются бензин, товарное дизельное топливо, сжатый и сжиженный газ, используемые в качестве автомобильного……..
Юридический словарь
Топливо — — горючие вещества, основной составной частью которых является углерод; применяются с целью получения при их сжигании тепловой энергии. По происхождению Т. делится……..
Юридический словарь
Ядерное Топливо — «» означает любой материал, способный производить энергию путем самоподдерживающегося цепного процесса ядерного деления. («Венская конвенция о гражданской ответственности……..
Юридический словарь
Ископаемое Топливо — , термин для обозначения УГЛЯ, НЕФТИ и ПРИРОДНОГО ГАЗА, образовавшихся миллионы лет назад из окаменевших остатков растений и животных. По своей природе ископаемое топливо……..
Научно-технический энциклопедический словарь
Ракетное Топливо — , вещество, подвергающееся химическим, ядерным или термоэлектрическим реакциям, приобретая в результате этого способность приводить в движение РАКЕТЫ. Жидкое ракетное……..
Научно-технический энциклопедический словарь
Топливо — , вещество, которое при сжигании или другом видоизменении выделяет значительное количество тепла и служит источником энергии. Кроме ИСКОПАЕМОГО ТОПЛИВА (УГЛЯ, НЕФТИ……..
Научно-технический энциклопедический словарь
Ядерное Топливо — , различные химические и физические формы УРАНА и ПЛУТОНА, используемые в ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРАХ. Жидкие виды топлива применяются в гомогенных реакторах; в гетерогенных……..
Научно-технический энциклопедический словарь
Газотурбинное Топливо — смесь жидких углеводородов, используемая вкачестве топлива для газотурбинных стационарных (ТЭЦ) и транспортных(локомотивы, автомобили, суда) установок. Получают перегонкой……..
Большой энциклопедический словарь
Дизельное Топливо — жидкое нефтяное топливо: в основномкеросино-газойлевые фракции прямой перегонки нефти (для быстроходныхдизелей) и более тяжелые фракции или остаточные нефтепродукты……..
Большой энциклопедический словарь
Ракетное Топливо — вещество или совокупность веществ, используемых вракетных двигателях в качестве источника энергии и рабочего тела длясоздания движущей силы. Применяются преимущественно……..
Большой энциклопедический словарь
Реактивное Топливо — основное топливо для авиационных воздушно-реактивныхдвигателей. Наиболее распространенное реактивное топливо — керосиновыефракции, получаемые прямой перегонкой……..
Большой энциклопедический словарь
Синтетическое Жидкое Топливо — горючее, получаемое из бурых и каменныхуглей или сланцев деструктивной гидрогенизацией при 400-500 .С и давлении10-70 МПа, газификацией с последующим каталитическим превращениемсинтез-газа……..
Большой энциклопедический словарь
Топливо — горючие вещества, применяемые для получения при их сжиганиитепловой энергии; основная составная часть — углерод. По происхождениютопливо делится на природное (нефть,……..
Большой энциклопедический словарь
Условное Топливо — принятая при технико-экономических расчетах единица,служащая для сопоставления тепловой ценности различных видов органическоготоплива. Теплота сгорания 1 кг твердого……..
Большой энциклопедический словарь
Ядерное Топливо — служит для получения энергии в ядерном реакторе. Обычнопредставляет собой смесь веществ (материалов), содержащих делящиеся ядра(напр., 239Рu, 233U). Иногда ядерное топливо……..
Большой энциклопедический словарь
Условное Топливо — усло́вное то́пливо(угольный эквивалент), принятая при технико-экономических расчётах единица, служащая для сопоставления тепловой ценности различных видов топлива………
Географическая энциклопедия
Условное топливо — (a. fuel equivalent, standard fuel, equivalent fuel; н. Steinkohlenaquivalent, ф. combustible conventionnel, combustible moyen; и. combustible estandartizado, combustible condicnal) — единица учёта тепловой ценности топлива, применяемая для сопоставления……..
Горная энциклопедия
Условное Топливо — условно-натуральная единица, применяемая для соизмерения различных видов топлива. Пересчет количества топлива данного вида в условное производится с помощью коэффициента, ……..
Социологический словарь
Моторное Топливо — автомобильные бензины, дизельные топлива, сжиженный углеводородный газ, сжиженный природный газ и другие альтернативные виды моторного топлива (проект федерального……..
Экологический словарь
ТОПЛИВО — ТОПЛИВО, -а, ср. Горючее вещество, дающее тепло, являющееся источником получения энергии. Жидкое т. (нефть и продукты ее переработки). Твердое т. (древесина, уголь, сланцы,……..
Толковый словарь Ожегова
Посмотреть еще слова :
slovariki.org