COMBUSTIBIL PENTRU AERONAVE secolul XXI
Candidat de Științe Tehnice Vladimir Andreev, proiectantul șef, și B. Solozobov, director al BDC (SA „Tupolev“).
În ajunul celui de al treilea mileniu, încă o dată vorbim despre inginerie aeronautică criogenie. Oportunități ar trebui să depășească cu mult caracteristicile aeronavelor de astăzi, care zboară pe combustibil lichid. Ce perspective sunt deschise traducerea aeronavelor civile cu combustibil de aviație la combustibil criogenic? Așa cum stau lucrurile în acest domeniu în România? Care sunt provocările cu care se confruntă proiectanții de sisteme de combustibil criogenice?
La sfârșitul tocmai a plecat din secolul al XX-lea a dat drumul la primatul păcurii la gaz. Proporția de ulei din energia mondială a scăzut la 35 la sută, iar proporția de gaz a depășit limita de 50 la sută. Conform conceptelor moderne de geologi, potențiale rezerve de gaze de pe planeta este de zece ori superioare de cărbune și petrol combinate. În România, clasat pe primul loc în lume în rezervele dovedite de gaze naturale, conturile de energie de gaze pentru a toată energia produsă mai mult de 52 la sută.
Gazul natural a fost mult timp un combustibil auto comun. Oamenii de știință cred acum despre utilizarea acestuia pe transportul fluvial, maritim și feroviar. Vino la trântă cu această problemă și dacă aviastroite.
La mijlocul anilor 1980, specialiștii de SA „Tupolev“, o oportunitate de a crea un plan care ruleaza pe combustibil gaz lichefiat. Este numit, de asemenea, criogenice (kryos - rece, gene - născut). au construit laboratorul de zbor Tu-155 bazat pe linie de pasageri Tu-154 (a se vedea. "Știința și Viața" № 1, 1989). Hidrogenul lichid a fost utilizat drept combustibil de aviație. Acest lucru aproape ideale versiuni de combustibil curate la ardere, în principal de apă și o cantitate mică de oxizi de azot. Valoarea calorifică de hidrogen este de trei ori mai mare decât combustibilul tradițional cu jet.
În același timp, hidrogenul este exploziv, stoca și de transport poate fi doar într-o stare lichidă la temperaturi foarte scăzute apropiate de zero absolut (minus 273 C). Și aceasta este o problemă foarte gravă.
Designerii de zbor de laborator a modifica semnificativ structura aeronavei, și pentru a rezolva o serie de probleme tehnice dificile. În porțiunea de coada fuselajului, unde era un compartiment pentru pasageri echipat cu o cameră etanșă în acesta și instalat pe rezervorul criogenic 20 m de hidrogen lichid cu izolație termică ecran vid, care economisește timp în temperatura rezervorului sub NK minus 253 ° C Aeronava motor dreapta au înlocuit modificat -88 funcționează cu combustibil hidrogen lichid. Pentru alimentarea sa în loc de pompă de înaltă presiune unitate de obicei turbopompe instalate, cum ar fi cele utilizate la motoarele de rachete.
Pentru a asigura o explozie de încredere și siguranță la foc a aeronavei, din golful cu un rezervor criogenic îndepărtat aproape toate cablurile - sursa posibila formare de scântei. Design-ul si sistemul de drenaj care îndepărtează hidrogenul din perechea rezervor la o distanță sigură de motoare și a surselor de energie instalate. Au fost construite mai mult de 30 de sisteme suplimentare de la bord.
Zboruri de testare ale Tu-155 a fost dat o experiență neprețuită pentru îmbunătățirea în continuare a sistemelor de combustibil criogenice aviație. aeronave noi de combustibil criogenie este creat - TU-156, nu este concepută pentru testare, cât și pentru exploatarea comercială. Această mașină a apărut deja un potențial client. Acesta va fi folosit pe rutele regionale ale Gazprom.
Spre deosebire de predecesorul său (serial Tu-154M), TU-156 este echipat cu trei motoare NK-89 cu sisteme separate de combustibil (una full-time - pentru kerosen, celălalt - criogenica - LNG). Ca cu NK-88, o nouă unitate de motor echipat turbopompe, acțiunea duce la aerul care vine de la compresorul Turbojet. In spatele turbinei este un schimbător de căldură. Se încălzește gazul lichid trece în stare gazoasă și intră în camera de ardere unde gaz și petrol lampant sunt instalate duze. Toate supapele criogenice și supapele sunt echipate cu elemente de acționare. La criogenice rezervoare și conducte montate aparate pentru măsurarea cantității și a nivelului de combustibil, temperatura și presiunea. Pe laturile din dreapta și din stânga sunt montate accesorii de umplere și golire. plin de aeronave de realimentare timp - numai 30 de minute.
Engineering Tu-156 a considerat mai multe variante de plasare a rezervorului de combustibil (sub aripa, fuselaj, în alte locuri) și selectat cel în care nu aerodinamică perturbate stocate stabilitate și de control al aparatului. Principala capacitate rezervor criogenic de 13 tone, cu un diametru mai mare de 3 m și o lungime de aproape
5,5 m Găzduit în compartimentul pentru pasageri din spate și o centrare (3,8 tone) - în compartimentul de bagaje din față sub podeaua din cabina de pilotaj. Principala parte a compartimentului pentru pasageri transformat în compartimentul de marfă.
Rezervoare de combustibil pentru GNL fabricate dintr-un aliaj de aluminiu și acoperit cu izolație termică din penopoliure tana aproximativ 50 mm grosime. Tancurile rețin nu numai o temperatură joasă (minus 162 ° C), dar, de asemenea, rezista suprapresiunea la 0,2 MPa. Ca și în laboratorul de zbor Tu-156 rezervoare criogenice sunt echipate cu un sistem de drenaj, usurat metanul de vapori în situații anormale și de urgență. În timpul funcționării normale, presiunea de vapori să nu depășească admisibilă.
Problema de o importanță deosebită - explozie și foc. Pentru aeronavele care operează pe GNL, are specificul său. În cazul în care scurgerea este rupt sistem de combustibil de aeronave, combustibilul tradițional umplut - kerosen, este slaboisparyayuschayasya lichid umple un volum relativ mic, și, deși este foarte dificil de detectat o scurgere, incendiu sau pericol de explozie nu este atât de mare. Pe avioane, care funcționează pe CNG, este mult mai gravă. În cazul unei scurgeri de gaz din sistemul de combustibil, se umple rapid compartimente ale corpului aeronavei. Pentru a evita posibila aprinderea de metan, din care curata toate scânteii electrice și senzori de analiză a gazelor stabilite, de semnalizare o situație de urgență. În plus, în compartimentele prevăzute cu ventilație forțată.
Cu o astfel de sarcină soluții de dispunere Tu-156 a scăzut de la 18,8 tone (de la baza Tu-154C) la 14 tone. Dar designerii nu a exclus alte soluții mai rentabile. transportul mărfurilor pe distanțe este estimat a fi nu mai puțin de 2600 km, atunci când rulează pe GNC și GNL, și kerosen - 3200 km. Datorită celor două sisteme separate de combustibil (kerosen si GPL) Tu-156 va fi în măsură să se umple cu gaz, ceea ce face călătoria la aeroport, în cazul în care nici un echipament pentru producerea și depozitarea lor, și zbura de acolo pe kerosen. Comutatorul de anomalie de la un combustibil la altul este posibilă în doar 5 secunde. Aceste beneficii crește siguranța și de a face avioane de linie metanierelor mai mobil.
Acum trei ani, Aviație Uzina Samara a fost de a lansa trei Tu-156, pentru a efectua certificarea lor și să înceapă producția de probă. Din cauza lipsei de fonduri, nu au fost încă construit aceste mașini. În același timp, este pentru ei să lucreze nu numai planificarea și soluții de proiectare, dar, de asemenea, operarea și întreținerea aeronavelor tehnologiei la combustibil criogenic. Finalizarea acestei lucrări va da un impuls pentru începutul unei utilizări mai extinse a gazelor naturale lichefiate în aer. Dar este deja dezvoltat modificări ale aeronavelor moderne care pot zbura în GNL, inclusiv o nouă generație de avion de pasageri Tu-204.
Pentru zborurile de GNL de aeronave au devenit regulate, aveți nevoie pentru a crea infrastructura de la sol la aeroporturi. Acest lucru este în primul rând instalarea pentru lichefierea echipamentelor de gaz și de gaz de umplere. Și, din moment ce majoritatea aeroporturilor situate în apropierea principalelor conducte, în cazul în care gazul este sub presiune ridicată, de comprimare a gazelor ca stații necesare și distribuție. GNL de lucru de transfer în prezent în curs de desfășurare în stare lichidă, fără nici un aport de energie suplimentară.