ТУ ЛЕТИТ НА ВОДОРОДЕ. ТУ ЛЕТИТ НА ВОДОРОДЕ

ТУ ЛЕТИТ НА ВОДОРОДЕ

http: //river-forum. ru/showthread. php/317-%D0%9F%D0%BE%D0%BB%D1%91%D1%82%D1%8B-%D0%BD%D0%B0-%D1%81%D0%B0%D0%BC%D0%BE%D0%BB%D1%91%D1%82%D0%B0%D1%85? p=105834& viewfull=1

Статья из журнала " Наука и Жизнь", №1 за 1989 год. Журнал нашел на торонете.
Интервью академика А. А. Туполева об экспериментальной машине Ту-155. Рисунке на цветной вкладке - Ю. Чесноков

ТУ ЛЕТИТ НА ВОДОРОДЕ

«Советский Союз опередил рывком другие ораны» — такова оценка Международной ассоциации по водородной энергетике советского экспериментального самолета Ту-155, использующего водород в качестве топлива. Сообщение о создании такого самолета сделал академик, генеральный конструктор А. А. Туполев в рамках 7-й Всемирной конференции по водородной энергетике, проходившей не так давно в Москве, в Центре международной торговли. К академику А. А. Туполеву обратилась присутствовавшая на конференции корреспондент журнала В. Орлова с просьбой рассказать о новом необычном представителе семейства Ту.
Водород с его высокой удельной теплотворной способностью, втрое превосходящей углеводородного топлива, с исключительной экологической чистотой чрезвычайно перспективен как горючее для различных двигателей. Наземный автотранспорт уже успешно осваивает газообразный или же связанный гидридами водород в качестве моторного топлива. В авиации же дело с ним обстоит сложнее. Весовые и объемные ограничения самолета допускают наличие водорода на борту только в жидкой форме, причем в состоянии постоянного кипения (при температуре минус 253 С) — именно в таком виде водород используется как авиагорючее. Но это постоянное состояние кипения в условиях весьма низкой температуры требует, с одной стороны, высокоэффективной теплоизоляции, а с другой — особой системы поддержания давления на уровне, постоянно превышающем обычные атмосферные параметры - иначе значительная часть топлива «выкипит» при подъеме на высоту.
Нарушение герметичности топливной системы обычного самолета, если оно сопровождается утечкой авиационного керосина, чревато, понятно, возможностью пожара, но воспламенение такого горючего возникает лишь при определенной концентрации его паров и при наличии значительного источника энергии. Нарушение же герметичности системы с водородным топливом куда более опасно: жидкий водород при испарении почти мгновенно займет весь внутренний объем самолета и практически при любой своей концентрации (от 4 до 75 процентов объема в смеси с воздухом) создаст повышенную опасность как взрыва, так и пожара.
В современных самолетах топливо размещают в крыльях. Использование жидководородного горючего заставляет искать принципиально новые конструктивные решения. Это обусловлено рядом причин. Во-первых, водородный резервуар должен иметь примерно вчетверо больший объем, чем бак с авиационным керосином. Во-вторых, его следует надежно теплоизолировать, кроме того, в водородном резервуаре нужно поддерживать избыточное давление. Для такого бака форма и габариты крыла крайне неудачны — в этом случае потребуется теплоизоляция и упрочнение непомерно больших площадей.
Все эти факторы до самого последнего времени создавали своеобразный научно-технический и, пожалуй, психологический барьер на пути использования водород, как авиационного топливо. Однако такого рода попытки вес же предпринимались. В конце 50-х годов американский дозвуковой бомбардировщик «Канберра» с одним из двигателей, работающим на керосине, а другим — на жидком водороде, произвел несколько полетов. При этом самолет взлетал на керосине и уже в полете на непродолжительное время переключался на водород.
Что же касается прогнозов относительно криогенного топлива, то их было более чем достаточно. Например, около десяти лет назад в американском журнале «Авиэйшн вик» появились следующие расчетные оценки: самолет на жидком водороде окажется легче на 26 и дешевле на 30 процентов, а его двигатели будут гораздо более долговечными и надежными, чем у самолета, работающего на керосине при одинаковой грузоподъемности и дальности полета. Наши расчетно-исследовательские работы десятилетней давности в конструкторском бюро имени А. Н. Туполева принесли примерно те же результаты и показали, что построение современного пассажирского самолета, работающего на жидководородном топливе — задача вполне реальная. Однако столь сложную проблему нельзя, конечно, решить лишь теоретическим путем — на кончике пера. Около десяти лет понадобилось на само конструирование и различные эксперименты.
Внешний вид водородного Ту мало отличается от своего прототипа — Ту-154, а вот внутренняя компоновка самолета претерпела значительные изменения. Топливный комплекс с баком объемом около двадцати кубометров, с агрегатами, управляющими подачей топлива, и трубопроводами расположен в герметичном отсеке, занимающем прежний пассажирский хвостовой салон. Этот отсек отделен от всех остальных зон самолета перегородками, между которыми создается избыточное воздушное давление. Тем самым практически исключается попадание газообразного водорода, образующегося в случае пролива жидкого горючего, в прилегающие зоны.
Водородный двигатель НК-88, разработанный конструкторским бюро под руководством академика Н. Д. Кузнецова, размещен в правой гондоле, В ее верхней части установлены дополнительные агрегаты и трубопроводы двигательной водородной системы, заключенные в контейнер. Отмечу, что из-за чрезвычайной сложности регулирования подачи топлива (практически невозможно избежать парообразования в трубопроводах) жидкий водород пришлось перед подачей в камеру сгорания двигателя газифицировать и подогревать.
Контейнер водородных агрегатов в гондоле выполнен из нержавеющей стали, все стыки его панелей, а также вводы трубопроводов и электрожгутов герметизированы, чтобы в любом случае предотвратить самопроизвольный доступ водорода к двигателю. Топливный и двигательный отсеки оснащены искробезопасным оборудованием, такими же искробезопасными выполнены электрические цепи, имеющие, кроме того, особую защиту.
Все другие системы самолета вынесены из отсека топливного комплекса. Электрожгуты, гидравлические и топливные трубопроводы этих систем проложены в так называемых гаргротах снаружи топливного комплекса, продуваемых в полете набегающим воздушным потоком.
Это все, если можно так сказать, профилактические меры. Если же все-таки возникнет непредвиденная ситуация, то в этом случае сработают системы контроля газовой среды или пожарной сигнализации или обнаружения дыма, а также специальная система контроля вакуума изоляции топливного бака и трубопроводов. Кроме того, топливный отсек, мотогондола и контейнер водородных агрегатов оснащены комплексом предупреждения и подавления особых ситуаций. Это система вентиляции, система, замещающая при необходимости воздух на азот, и система пожаротушения. Наконец, предусмотрен аварийный слив жидкого водорода, его сброс через безопасное дренажное устройство.
15 апреля 1988 года Ту-155 впервые поднялся в воздух. Его летные испытания подтвердили целесообразность разработки серийного пассажирского самолета, работающего на криогенном топливе. Кстати, Ту-155 может использовать в качестве горючего и сжиженный природный газ.
Если же помечтать и заглянуть в будущее, то оно прежде всего связано с поиском путей удешевления водорода, получение которого обходится пока в десятки раз дороже, чем обычных углеводородных топлив. Возможно, что когда-нибудь авиации удастся отказаться от использования водорода в жидкой форме. Это позволило бы упростить и облегчить топливный комплекс самолета. Еще одна идея пока граничит с мечтой. Физики уже давно обсуждают проблему получения металлического водорода, у которого окажется необычайно высокая для этого вещества плотность, а его теплотворная способность будет в три-четыре раза выше, чем у самых эффективных топлив. Получение его сопряжено с большими сложностями: для этого потребуются сверхвысокие давления (миллионы атмосфер) и крайне низкие температуры — в районе абсолютного нуля. Но технологические качества металлического водорода трудно переоценить: он позволил бы резко уменьшить объем резервуаров для хранения топлива и избавиться от криогенных проблем.
Все это, конечно, выглядит крайне привлекательно, но мы, авиаконструкторы, большие реалисты и считаем, что проблему использования металлического водорода в качестве авиационного топлива можно пока обсуждать лишь на уровне фантастических рассказов.

PS Архив номеров журнала с 1975 по 2007 годы - думаю еще много чего интересного найдется

Единственное - все же мне кажется, что Алексей Андреевич ошибся, назвав " Канберру" американским самолетом.
English Electric " Canberra". Первый полет - 1949. На протяжении многих лет самолет был основным средним бомбардировщиком Великобритании и некоторых стран Британского содружества.
Название самолета переводится с языка австралийских племен как " Место встречи около воды"

PS А. А. Туполев скончался в 2001 году