Наконец отснял с нормального ракурса Ту 155 в ЛИИ на стоянке. Очень жаль, что эта машина сейчас в таком полу разрушенном состоянии, хотя сыграла не малую роль в развитии технологий криогенных (газовых) двигателей.
Проект Ту 155 развивался в 80-х годах. Первый полет эта машина совершила 15 апреля 1988 года с экипажем под руководством летчика-испытателя В.Севанакаева. Ее отличие от серийного Ту 154Б состояло в том, что вместо центрального двигателя НК-8-2У был установлен экспериментальный двигатель НК-88 способный использовать в качестве топлива сжиженный водород. Отсюда и название криогенный двигатель. Сжиженный водород имеет температуру - 253 градуса С. Топливо размещалось в специальном топливном баке, который разместили в задней части салона. Размещение в крыльях в то время было сопряжено с очень большими технологическими проблемами. Думаю, что сейчас скорее всего тоже. Огромное внимание было уделено безопасности.
Дело в том, что топливо сверх летучее и при смешивании с атмосферным кислородом весьма взрывоопасное. Поэтому в самолете были предусмотрены специальные системы: а) гелиевую, управляющую агрегатами силовой установки; б) азотную, замещающую обычную атмосферу в отсеках самолета и предупреждающую экипаж в случае утечки криогенного топлива задолго до взрывоопасной концентрации; в) систему контроля вакуума в теплоизоляционных полостях.
Весь комплекс летающей лаборатории потребовал создания совершенно новых систем практически с нуля. Были созданы совершенно новые уникальные системы заправки, пневмопитания, телевизионного контроля, газоанализа, контроля качества топлива и противопожарная системы.
Изначально самолет делался из серийного Ту-154Б № 85035 и назывался Ту-154ЛЛ (летающая лаборатория). Позже ему присвоили обозначение Ту-155.
Внешне самолет тоже отличается от серийного. Хорошо видны обтекатели выпускных коллекторов системы вентиляции топливного отсека. Они расположены над центральным воздухозаборником и над хвостовым оперением. Так же по бортам видны наплывы, скорее всего скрывающие какие-то дополнительные трубопроводы вновь установленных систем.
Самолет Ту-155 прошел обширный комплекс испытаний, в ходе которых установлено 14 мировых рекордов, совершен международный перелет по маршруту Москва - Братислава (Чехословакия) - Ницца (Франция), Москва - Ганновер (ФРГ)
Планировалось создание целой серии самолетов с газовыми двигателями на базе Ту-154, Ту-204 и Ту-134. В конце 90-х планировалось создание Ту-156 с двигателями НК-89 способными работать на сжиженном природном газе. Самолет должен был иметь 2 топливных бака (сзади и впереди под полом салона) и предназначался для грузовых перевозок. Общее время полета при стандартной крейсерской скорости 900-950 км/ч планировалось более 120 мин. Велись довольно длительные переговоры с Газпромом о финансировании проекта и разработке технологической базы для создания криогенного топлива.
Однако, проекту не суждено было иметь широкое развитие в то время. Дело в том, что расчеты показали - для получения 1 Дж энергии от сжигания водородного топлива, нужно затратить около 4Дж другой энергии чтобы получить это самое водородное топливо. Именно поэтому в НК-89 перешли на сжиженный природный газ. Но введение такой новой системы в комплексе требовало огромных затрат на создание топливной базы, переоборудования аэропортов и так далее. Учитывая, что объем фюзеляжа уменьшился примерно на 1/3, а время полета не превышало пока 120 мин, проект в целом был признан экономически не целесообразным.
Но важность проделанной работы очень велика. Наработки определенные получены, СССР стал первой страной создавшей летающий самолет с таким двигателем. И многие ведущие западные страны проявляли большой интерес к машине.
На данный момент самолет находится на открытой стоянке - свалке, которую иногда называют "экспозицией"... а по сути просто отстойник железа. Мне кажется самолет достоин лучшей участи быть хотя бы в музее где за ним хоть как-то следили бы.
В середине 70-х годов в связи с дефицитом мировой добычи нефти и углублением энергетического кризиса интенсифицировались работы по применению альтернативных видов топлива в промышленности и на транспорте.
В СССР Академией наук совместно с рядом научно-исследовательских институтов и конструкторских бюро была разработана программа научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по широкому внедрению водородной энергетики в народное хозяйство. В авиационной промышленности она получила название: тема "Холод". ММЗ "Опыт" было поручено создание летающей лаборатории, использующей в качестве топлива жидкий водород (на базе самолета Ту-154Б). Эта программа позволяла одновременно кардинально улучшить экологическую обстановку в стране, а также заложить основы создания гиперзвуковой и космической авиации. В ходе создания летающей лаборатории выявилась необходимость значительного расширения объема научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. В этот же период обострился дефицит традиционных видов топлив для транспортных средств (керосин, бензин) и потребовалась замена его природным газом, который для авиации наиболее приемлем в сжиженном состоянии - СПГ (сжиженный природный газ). Исходя из этих положений в АНТК им. А.Н. Туполева в 80-е годы был создан первый в мире самолет -летающая лаборатория Ту-155 (первоначальное обозначение ЛЛ Ту -154).
Жидкий водород с его высокой удельной теплотворной способностью, втрое превосходящей углеводородные топлива, с исключительной экологической чистотой оказался чрезвычайно перспективен как горючее для различных двигателей.
Сниженный природный газ обладает рядом ценных преимуществ по сравнению с традиционными авиационными топливами. При нарастающем дефиците нефтяных топлив запасы природного газа составляют значительную величину, а при неуклонном росте цен на нефтяные топлива цена на СПГ будет снижаться. Теплотворная способность СПГ на 15% превышает теплотворную способность авиационного керосина. Применение СПГ на самолетах позволяет существенно снизить вредное экологическое влияние на окружающую среду.
С целью летной оценки возможности использования криогенных топлив на Ту-155 по сравнению с базовым самолетом Ту-154Б были выполнены следующие конструктивные изменения:
в специально выделенном отсеке салона самолета установили топливный бак с высокоэффективной теплоизоляцией для размещения жидкого водорода с температурой -253°С или сниженного природного газа с температурой -162°С;
доработали топливную систему самолета;
экспериментальный топливный комплекс включал в себя систему подачи топлива в двигатель, систему поддержания давления в баке с аварийным предохранительным устройством, систему циркуляции, наддува бака, систему аварийного слива криогенного топлива. Система подачи топлива состояла из центробежных и струйных насосов, теплоизолированных трубопроводов, криогенных агрегатов и клапанов;
для управления и контроля работы криогенного комплекса на самолете установили три дополнительные системы: а) гелиевую, управляющую агрегатами силовой установки; б) азотную, замещающую обычную атмосферу в отсеках самолета и предупреждающую экипаж в случае утечки криогенного топлива задолго до взрывоопасной концентрации; в) систему контроля вакуума в теплоизоляционных полостях; г) вместо штатного центрального двигателя НК-8-2У установили экспериментальный двигатель НК-88, созданный в конструкторском бюро под руководством академика Н.Д.Кузнецова (при этом большое внимание уделили обеспечению взрывопожаробезопасности двигателя).
Для обслуживания экспериментального самолета и выполнения испытательных работ был создан авиационный криогенный комплекс. Он состоял из следующих систем:
системы заправки криогенным топливом;
системы пневмопитания;
системы энергоснабжения;
системы телевизионного контроля;
системы газового анализа;
системы орошения водой в случае пожара;
системы контроля качества криогенного топлива.
Комплекс позволял проводить различные виды испытаний с использованием больших количеств криогенной жидкости. Летающая лаборатория делалась на базе серийного самолета Ту-154 № 85035, доработанного под стандарт Ту-154Б. 15 апреля 1988 года самолет Ту-155 совершил первый полет (экипаж под руководством летчика-испытателя В.Севанакаева. Самолет Ту-155 прошел обширный комплекс испытаний, в ходе которых установлено 14 мировых рекордов, совершен международный перелет по маршруту Москва - Братислава (Чехословакия) - Ницца (Франция), Москва - Ганновер (ФРГ).
Создание и летные испытания экспериментального самолета Ту-155 обогатили советскую науку. Был приобретен опыт проектирования систем, работающих на криогенных топливах, накоплен опыт в разработке технологических процессов изготовления таких систем, удалось освоить новое оборудование и новые технологические процессы.
Кроме того, была создана специальная экспериментальная база для испытаний самолетов с силовыми установками, работающими на криогенных топливах, освоены новая испытательная техника и новые методы испытаний. К настоящему времени приобретен опыт обращения с жидким водородом и сжиженным природным газом, отработаны приемы и методы обеспечения взрыво-пожаробезопасности.
Приобретенный опыт в создании и испытаниях самолета Ту-155 стал хорошей базой для будущего освоения технологий создания пассажирских и грузовых самолетов на криогенных видах топлива, а также основой для участия нашей страны в международном сотрудничестве в этой области. Кроме того, к 90-м годам удалось создать реальную внутриотраслевую и межотраслевую кооперацию различных предприятий по разработке авиационных криогенных систем.
Основные характеристики Ту-155 аналогичны базовому Ту-154Б. Объем бака для криогенного топлива - 20 м3, максимальная продолжительность полета на криогенном топливе - 120 мин.
Вот как описал испытательный полет Ту-155 один из очевидцев:
День выдался теплым и солнечным. Заново выкрашенный Ту-155 с ярко-синей полосой через весь фюзеляж сиял своими блестящими боками, как бы подтверждая, что хоть сейчас готов взмыть в голубое небо. И происходило это уже не на летно-испытательной станции, где все специально приспособлено для заправки его сжиженным газом, а на совершенно обыкновенном аэродроме НИИГА в Шереметьеве. И невольно возникал вопрос, как же сегодня самолет будет здесь заправляться? Ну, керосином - понятно, а вот новым альтернативным топливом? Но главный конструктор Владимир Александрович Андреев решил не удовлетворять наше любопытство на словах, сказав, что мы сами сейчас все увидим. Вскоре к Ту-155 подкатили два грузовых автомобиля, приспособленных для перевозки сжиженного газа. Совершенно обыкновенные, какие нередко встречаются на московских улицах. Сначала к самолету приблизилась одна из машин - с азотом. Им продули всю заправочную систему, чтобы создать в ней нейтральную атмосферу. Затем подошел заправщик с сжиженным газом.
Происходило все совершенно буднично, как будто речь шла не о новом криогенном топливе, а об обыкновенном керосине. Когда заправщики отошли, мы, вполне естественно, стали уговаривать Андреева разрешить полететь на этом пока еще единственном криогенном самолете. Хотелось стать первыми его пассажирами, - Что вы, этого вам никто и ни за что не позволит, - ответил Владимир Александрович. - Это хоть и первый показательный, но все же испытательный полет, и на борту может находиться только экипаж. Таковы правила. И мне пока приходится довольствоваться лишь наблюдением за полетом криогенного самолета со стороны. Сейчас вместе полетим параллельным курсом на Ту-154 сопровождения. Вскоре поднялся в воздух Ту-155, правый двигатель которого - НК-88 работал на сжиженном природном газе. На борту, кроме Андреева и других представителей КБ и летно-испытательной станции, с нами были английские кинодокументалисты. Их тоже очень интересовал первый криогенный самолет, и они хотели все запечатлеть на пленку. Широкий интерес к криогенной авиации не случаен. Человечество напряженно ищет альтернативные виды топлива. Сжиженные водород или природный газ кажутся многим отличной заменой нефтепродуктов. Многим, но далеко не всем. За последнее время в газетах и журналах было немало публикаций на эту тему, и далеко не во всех выражался по этому поводу оптимизм. Какие аргументы приводятся против? Сошлемся хотя бы на статью "Криогенная авиация: за и против".
Основным способом промышленного производства водорода станет разложение воды, - говорится в ней. Но из школьного курса физики известно, что теоретически для гидролиза требуется ровно столько энергии, сколько выделится в дальнейшем при сгорании полученного водорода. В природе же ни один процесс не идет с кпд, равным единице. Значит, энергия, затраченная только на производство водорода, заведомо превысит энергию, выделяющуюся при его сгорании в двигателе самолета. К тому же на борту воздушного судна газ предполагается запасать в сжиженном состоянии, а при существующих способах сжижения этот процесс поглотит примерно еще 75 процентов той энергии, которая выделяется при его сгорании. Не забудем и о том, что электроэнергию для выделения водорода и его сжижения получают в основном на тепловых электростанциях, кпд которых составляет приблизительно 40 процентов. Расходуется электроэнергия и на транспортировку. Таким образом, чтобы получить 1 джоуль энергии от сгорания водорода, предварительно надо затратить, по оптимистическим прогнозам, 4 джоуля, по пессимистическим - 12 джоулей энергии за счет использования других видов топлива...
Надо честно признать, что подобные подсчеты действительно ни у кого не вызовут оптимизма. Другое дело, так ли они на самом деле верны, как пытаются нам доказать авторы статьи? В первую очередь разберемся в возможностях получения водорода. Для того, чтобы водородное топливо стало дешевым, надо, чтобы дешевой была электроэнергия, используемая для его добычи. Таких недорогих, а главное восполнимых источников энергии на Земле не так мало. Это приливы, ветер, геотермальные воды. И, наконец, солнце. Так нельзя ли использовать солнечную энергию для разложения воды? Вычисления показывают, что для расщепления молекулы воды достаточно одного кванта зеленого света. Кванты синего и фиолетового света обладают большей энергией. Но поскольку вода для света прозрачна, он должен быть поглощен сначала адсорбирующим цветным фотокатализатором. Надо сказать, что мысль эта не нова, подобные эксперименты проводились неоднократно. Однако выход водорода всегда был очень мал. Происходило это из-за того, что водород и кислород, образовавшись, тут же вступают в обратную реакцию, вновь превращаясь в воду. Интересный метод разложения воды уже более восьми лет назад разработали армянские ученые. Они решили как бы объединить два способа - фотолиз и электролиз. Всем известны полупроводниковые солнечные батареи. При их облучении на выходе получается электрический ток, который и решили использовать для разложения воды.
Группа специалистов Ереванского университета под руководством доктора физико-математических наук В. Арутюняна сконструировала тогда соответствующую установку. Солнечные батареи погружаются в раствор электролита, находящийся в стеклянном цилиндре. Когда на установку падает свет, вода как бы закипает: из одного патрубка начинает выделяться водород, из другого - кислород. Любопытно, что для непосредственного контакта с электролитом использовался не кремний, а гораздо более дешевые полупроводники. Скажем, двуокись титана, которая прессуется в виде пластин. Это и позволяет получать топливо, отделенное от кислорода. Правда, мощность подобных установок тогда была довольно низка. Ведь интенсивность солнечного света на уровне моря не превышает одного киловатта на квадратный метр, а кпд лучших солнечных батарей составляло 12-18 процентов. В ереванской же установке он был и того меньше - примерно один процент. Но ведь за это время армянские ученые наверняка значительно продвинулись вперед. Настоящие плавучие острова предложили создавать на морской и океанской поверхности японские специалисты. Установки смогут разлагать морскую воду примерно по тому же принципу, что и детище ереванцев. Но ведь там-то их можно создавать любых размеров, и производительность их может быть очень высокой. Но предположим, что ереванская установка пока еще не вышла из лабораторных стен, и до ее промышленного варианта еще далеко. Да и японские плавучие острова пока еще не преодолели, насколько известно, стадии проектов. Однако ведь и Ту-155 работает не только на водороде, но и на сжиженном природном газе. Его-то добывать куда легче, чем водород. Но и здесь находятся противники.
Аргументы их сводятся к следующему. Во-первых, производительность существующих установок жидкого природного газа сегодня не превышает 10 кубометров в сутки. Правда, в Ереване строится специальный завод по сжижению природного газа. Но и он, якобы, не решит проблемы. Ведь современный крупный аэропорт расходует в час до 500 тонн топлива, следовательно подобное предприятие необходимо будет строить чуть ли не на каждом аэродроме. А это дорого. Сметная стоимость, к примеру, ереванского предприятия - 70 миллионов рублей. Во-вторых, у нас в стране вроде бы отсутствуют в необходимых количествах средства транспортировки сжиженного газа. Да и специальных изотермических хранилищ тоже не слишком много. И, в-третьих, по предварительным подсчетам, переоборудование одного только аэропорта 1-го класса для работы на сжиженном газе обойдется в 100 миллионов рублей. Для сравнения приводится стоимость всех наземных средств хранения и заправки авиационным топливом, имеющихся сейчас на вооружении во всех аэропортах страны - приблизительно один миллиард рублей...
Что ж, и эти аргументы могут показаться довольно вескими. Но так ли все обстоит на самом деле? Об этом и спросили Андреева. Кому, как не ему, человеку, руководящему работами по созданию криогенных самолетов, знать настоящую их цену. - Знаете, если бы все обстояло действительно столь трагически, то мы бы наверняка просто не стали бы заниматься криогенной авиацией, - ответил Владимир Александрович. - Но поверьте, все было просчитано заранее. И не только нами, но и специалистами из ЦАГИ, ЦИАМа и НИИгаза. Они обсчитали, во сколько обойдется переоборудование под новое топливо самолета Ту-204 и аэродрома, на котором он будет базироваться. Вышли не какие-нибудь баснословные цифры, а всего лишь несколько меньше 5 процентов от стоимости летного часа. Это означает, что если прибыль у нас будет процентов 15, то за треть года все затраты окупятся. Теперь о стоимости самого криогенного топлива. Сейчас очень широко прорабатываются варианты использования для сжижения перепадов давления на газораспределительных станциях. Это означает, что для самого процесса перевода природного газа в жидкое состояние никакой дополнительной энергии не потребуется.
И потом, если нашими работами заинтересовались канадцы и австралийцы, - а в том, что они умеют все хорошо подсчитывать, думаю, не сомневается никто, - значит мы идем по правильному пути. Они, кстати, так нам прямо и сказали, что им очень хочется иметь у себя криогенную авиацию. Когда я был в Сиднее, то мог убедиться, что в Австралии, главным образом, для улучшения экологической обстановки стараются, причем весьма успешно, перевести на природный газ весь транспорт. С автомобильным и железнодорожным этот процесс в самом разгаре. И вот теперь хотят с нашей помощью поступить так и с авиацией. Они уверены, что со временем это станет выгодно и с экономической точки зрения, и с точки зрения охраны окружающей среды. Не случайно вскоре после наших первых испытаний авторитетный американский технический журнал написал, что "полеты самолета на жидком водороде являются в истории авиации такой же вехой, как и первый орбитальный полет в 1957 году". Противники криогенной авиации считают, что гораздо выгоднее просто заняться более углубленной переработкой нефти, чем переводить самолеты на сжиженный газ. Это, доказывают они, является довольно выгодным источником дополнительного авиакеросина. Ведь действительно, выход жидкого топлива на отечественных заводах составляет всего 10 процентов, тогда как на зарубежных в два, два с лишним раза больше.
С тем, что нефть надо перерабатывать более полно, никто не спорит. Тем более что ее действительно осталось не так уж и много. Но давайте посмотрим, насколько это выгодно. Оборудование на наших нефтеперерабатывающих заводах, в основном, импортное. Переделывать его для углубленной переработки нефти довольно сложно. Следовательно, придется покупать более совершенное, создавать новые нефтеперерабатывающие предприятия. На это уйдет 15-20 лет, да и обойдется во многие миллиарды. И неизвестно еще, как к тому времени вообще будут обстоять дела с нефтью.
В иллюминаторы было хорошо видно: Ту-155, идя на высоте одного километра со скоростью около 400 километров в час, то приближался к нам, то опять удалялся. Все это напоминало какой-то плавный "танец". Продолжался этот показательный полет 46 минут. Когда обе машины приземлились, мы опять подошли к Ту-155. И вновь к нему подкатили те же два газовоза. Только процесс повторился а обратном порядке, по сравнению с заправкой. Сначала из самолета выкачали остатки сжиженного газа, а потом продули всю систему азотом. И все опять проходило буднично. В самом деле, криогенный самолет может взлетать и обслуживаться практически на любом аэродроме. Невольно возникла мысль: как же все-таки относиться к криогенной авиации? Так, как выразили свое мнение некоторые специалисты на аэродроме, спросившие, полушутя-полусерьезно, у экипажа: "Когда вы уберете от нас вашу водородную бомбу?" Или - иначе? Подумать о будущем, о детях наших, оставив им прозрачный Пятый океан, а не газовую камеру...
15 апреля 1988 года впервые поднялся в воздух Ту-155, работающий на жидком водороде. России принадлежит мировое лидерство в области криогенной авиации, позволяющей существенно снизить стоимость полетов. Сейчас в разработке находятся 2 «газовых» лайнера.
1. Мечта экологов и экономистов
В середине 70-х годов Академия наук СССР совместно с рядом НИИ и КБ приступила к реализации программы разработки методов использования альтернативных видов топлива в промышленности и на транспорте. Наибольших успехов в этом направлении удалось достичь в авиации, а также в ракетной технике.
В качестве альтернативы авиационному керосину были избраны жидкий водород и сжиженный природный газ (СПГ).
Достоинства каждого из них очевидны. Теплотворная способность водорода в три раза превышает углеводородное топливо. В связи с чем с его помощью значительно проще разгонять летательные аппараты до гиперзвуковых скоростей. Еще одно его достоинство, роль которого в политике авиакомпаний постоянно возрастает, - можно сказать, идеальные экологические свойства. При сгорании водорода, как известно, образуется чистая вода. Теплотворная способность СПГ также выше теплотворной способности керосина на 15%. И продукты его сгорания также значительно менее токсичны.
2. Битва за ресурс
Для отработки криогенных технологий и испытаний двигателя нового типа был избран серийный лайнер Ту-154Б. На его базе был создан экспериментальный Ту-155.
Самолет Ту-155, экспериментальный вариант самолета Ту-154 для отработки двигателей с использованием криогенного топлива
Два боковых двигателя, работающие на керосине, оставили без изменения. А вместо центрального двигателя НК-8-2У установили экспериментальный турбореактивный двухконтурный двигатель НК-88.
Этот двигатель имеет еще более долгую историю, чем самолет, на котором он был использован. НК-88 начали разрабатывать в КБ Самара/Труд в 1968 году под руководством академика Николая Дмитриевича Кузнецова (ныне ОАО «Кузнецов»). И в 1985 году передали в КБ Туполева. Основным требованием, предъявляемым к двигателю, была его повышенная пожаробезопасность.
Главная же инженерная сложность разработки заключалась в создании двигателя с ресурсом в несколько тысяч часов. Задача была принципиально новая для двигателестроения. Существовавшие в то время ракетные двигатели, использующие жидкие водород и кислород, отрабатывали несколько секунд, после чего сгорали в плотных слоях атмосферы.
Поскольку жидкий водород хранится при температуре -253 градуса Цельсия, в выделенном для топливного бака отсеке самолета была смонтирована мощная криогенная установка. Охлаждаемый бак с горючим вмещал 20 куб.м жидкого кислорода. Этого хватало на 2 часа полета.
В связи с повышенной взрыво- и пожароопасностью жидкого водорода Ту-155 был оснащен тремя дополнительными системами:
Гелиевой, управляющей агрегатами силовой установки;
Азотной, замещавшей обычную атмосферу в отсеках самолета и предупреждающую экипаж в случае утечки криогенного топлива задолго до взрывоопасной концентрации. При этом из отсека с баком было удалено все электрооборудование для предотвращения возможности искрообразования;
Системой контроля вакуума в теплоизоляционных полостях.
Образующиеся в баке пары водорода отводились при помощи дренажной системы в хвостовой части фюзеляжа таким образом, чтобы их выброс происходил на безопасном расстоянии от двигателя.
3. Плюс газификация
Первый полет Ту-155 совершил экипаж под руководством летчика-испытателя В.Севанакаева. Всего на жидком водороде было совершено 12 испытательных полетов, в процессе которых было установлено 14 мировых рекордов. Был совершен международный перелет по маршруту Москва – Братислава – Ницца. А перелет из Москвы в Ганновер, где проходила международная конференция по использованию криогенных технологий в летательных аппаратах, произвел сильное впечатление на прибывших в этот немецкий город ученых и конструкторов.
Наиболее восторженно отозвался о «водородном» самолете американский авиационный инженер Карл Бревер: «Русские совершили в авиации дело, соразмерное полету первого искусственного спутника Земли».
В январе 1989 года водородное направление было свернуто. И Ту-155 переориентировали после определенных доработок на сжиженный природный газ.
Вполне понятно, что использование в качестве топлива СПГ значительно выгоднее с точки зрения его стоимости по сравнению с водородом. Поскольку в настоящее время себестоимость получения водорода столь высока, что его использование в коммерческой авиации невозможно.
СПГ почти в три раза дешевле авиационного керосина. А в обозримом будущем, когда запасы нефти будут подходить к концу, природный газ, несомненно, начнет вытеснять керосин.
И тут у России имеется уникальный опыт, которого нет ни у кого в мире. Нигде более не существует такой, как у нас, технологии создания криогенных силовых самолетных установок.
4. Жертва реформ
Ту-155 на СПГ совершил более сотни вылетов. Они продемонстрировали работоспособность, безопасность и эффективность криогенных технологий. При этом системы для СПГ оказались более простыми, чем водородные, по части их разработки, производства и эксплуатации. В значительной мере потому, что температура СПГ составляет -160 градусов Цельсия, что на 100 градусов выше, чем при использовании жидкого водорода.
При этом, учитывая газифицированность практически всех сколько-нибудь значимых аэропортов мира, проблема доставки этого топлива решается автоматически. Необходимо лишь создать на местах установки для сжижения газа, что в техническом отношении не столь уж и сложная проблема. И она может и должна быть решена, если учесть, что СПГ экономичнее керосина по энерговыделению на 15%. Если же учесть разницу в стоимости этих двух видов топлива, то экономический эффект может оказаться весьма существенным – до 50%.
КБ Туполева решило развить полученный положительный результат и внедрить его уже в серийный самолет. Начались работы по созданию самолета Ту-156 с двигателем НК-89 двойного использования, который одинаково эффективно работает как на СПГ, так и на керосине.
Но в начале 90-х из-за отсутствия финансирования проект был закрыт.
Авиационный газобурбинный двигатель НК-89
5. Криогенное будущееОднако в конце 90-х годов по инициативе «Газпрома» работы по созданию самолетов с криогенными двигателями были возобновлены. Несмотря на то, что проект Ту-156 был готов на 70%, от него было решено отказаться в связи с тем, что по летно-техническим и эксплуатационным характеристикам этот лайнер уже устарел.
Было решено создать Ту-136 – среднемагистрального «трудягу», который будет работать на северных и сибирских трасса. «Газпром», который является главным инвестором проекта, намеревается в обозримом будущем получить около сотни таких машин, которые будут использоваться для доставки в газоносные районы сотрудников, работающих вахтовым методом, и необходимых грузов.
Взлетная масса проектируемой машины – 20 тонн. Ту-136 может перевозить 53 пассажиров или 6 тонн груза со скоростью 550 км/ч. Высота полета – 9000м. При этом самолет способен садиться на грунтовые ВПП.
Двигатели Ту-136 ТВ7-117СФ работают и на керосине, и на СПГ. Разработчики утверждают, что есть возможность использовать в качестве топлива даже жидкий водород. Что, впрочем, для столь бюджетной машины было бы безумием.
Конструкция Ту-136 существенно отличается от конструкции и Ту-155 и Ту-156. Два топливных бака с СПГ расположены в нем не в фюзеляже, а в двух вынесенных гондолах за двигательной установкой. С помощью такого решения удалось убить двух зайцев. Короткие криогенные трассы имеют небольшую массу и не требуют больших энергетических затрат на теплоизоляцию. Также это позволило существенно повысить взрывобезопасность самолета: вероятность поджига пролитого топлива из поврежденных баков переводит опасность взрыва образующейся топливо-воздушной смеси к менее разрушительному пожару.
Получаемая из КБ Туполева информация о продвижении проекта позволяет надеяться на то, что скоро эта машина будет готова и начнет использоваться на региональных трассах. Вот только конкретная дата не называется.
Туполевцы работают и еще над одним криогенным проектом – Ту-204К. Он создается на базе серийного широкофюзеляжного Ту-204. Это уже более серьезная машина, принимающая на борт 210 пассажиров и имеющая дальность 5200 км. Но когда этот лайнер выйдет на трассы – то есть тайна за семью печатями.
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 … 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.
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.
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.
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).
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 , аналогичные НК-88, но имеющие две независимые топливные системы: одну для 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.
Модель самолета Ту-136.
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…