Станет ли природный газ авиатопливом XXI века?
Беседу вел Олег Иванов
Важной особенностью развития мировой энергетики на рубеже ХХI века является смена доминирующего энергоисточника. Наступает эпоха преимущественного использования природного газа, как наиболее эффективного и экологически чистого органического топлива. Дефицит нефти постоянно обостряется. За минувшие четверть века удельный вес нефти в мировом энергобалансе снизился более чем на 10%. Работы по замене нефтяных видов топлива приобрели общемировой характер. В США по этой проблеме принято три федеральных закона и более 40 правительственных указов и предписаний. Аналогичные законы действуют более чем в 30 странах мира.Об отечественных разработках в области создания самолетов, использующих альтернативные виды топлива, рассказывает главный конструктор ОАО «Туполев» Владимир Андреев.
Ту-155«АП»: Владимир Александрович, в чем Вы видите актуальность перевода отечественного воздушного транспорта на новый вид топлива?
В.А.: В авиации авиакеросин может быть заменен сжиженным природным газом (СПГ). Стоимость авиакеросина в России в среднем составляет 8000 руб. за тонну, стоимость тонны СПГ — 3000 руб. Финансовый выигрыш — 5000 руб. за каждую тонну замененного керосина. В дальнейшем следует ожидать постепенный рост этого выигрыша.
В настоящее время природный газ с помощью трубопроводов подведен практически к каждому аэродрому, т.е. вопросы транспортировки его в основном уже решены. Его высокая энергоемкость, огромный хладоресурс позволяют создавать самолеты со значительно более высокими летно-техническими показателями, чем у самолетов на авиакеросине. Экономическая эффективность полета на СПГ в недалеком будущем составит 10 г/пасс.км.
|
|
|
При применении СПГ на самолетах следует ожидать, что выброс токсичных составляющих значительно снизится: окиси углерода в 5-10 раз, углеводородов в 2,5-3 раза, окислов азота в 1,5-2 раза, полициклических ароматических углеводородов, включая бензапирен, в 10 раз.
Широкое применение СПГ на самолетах будет сопровождаться созданием новой авиационной криогенной технологии, которая окажет огромное положительное влияние на целый ряд отраслей промышленности.
«АП»: Вы непосредственно руководили работами по созданию первого в мировой практике самолета с двигателем на криогенном топливе. Как это было?
Ту-136В.А.: Работы по замене авиакеросина на сжиженный природный газ были начаты в 1980 г. Усилиями коллективов ОАО «Туполев», ОАО «СНТК им. Н.Д. Кузнецова» и многочисленных конструкторских и научно-исследовательских предприятий был создан первый в мире экспериментальный самолет Ту-155, способный летать на криогенных топливах — сжиженном природном газе и жидком водороде. На этом трехдвигательном самолете правый двигатель НК-8-2У заменен на двигатель НК-88, работающий на криогенных топливах. В хвостовой части пассажирского салона установлен криогенный топливный бак объемом 18 м3.
|
|
|
Первые летные испытания Ту-155 с двигателем на жидком водороде состоялись в 1988 г. Всего на самолете было установлено и успешно испытано около 30 новых криогенных систем и систем их обслуживающих.
В ходе стендовых наземных испытаний криогенных агрегатов и систем были устранены выявленные конструктивные и технологические недостатки, и в летных испытаниях эти агрегаты и системы показали высокую надежность и безотказность в работе.
Создание самолета сопровождалось проведением большого комплекса научно-исследовательских работ, разработкой значительного по объему нормативного материала.
18 января 1989 г. совершил первый полет Ту-155 на сжиженном природном газе (метане). Была выполнена большая летно-исследовательская программа, проведено несколько международных демонстрационных полетов, в том числе в Братиславу (Чехословакия), Ниццу (Франция), Берлин и Ганновер (Германия).
|
|
|
Появление самолета Ту-155 коренным образом изменило спектр проблем создания криогенной авиации. Реально доказано, что современными техническими средствами создана силовая установка, позволяющая столь же уверенно и безопасно, как на обычном керосине, летать на сжиженном природном газе.
Главными результатами работ по самолету Ту-155 явились создание:
коллектива специалистов в области авиационной криогеники на целом ряде предприятий;
наземной инфраструктуры для обслуживания криогенных самолетов;
комплекса наземных криогенных стендов.
Появилась реальная возможность перейти в область конкретной практической реализации проектов самолетов на СПГ.
«АП»: Владимир Александрович, расскажите о сегодняшних разработках ОАО «Туполев» в области криогенной авиации.
В.А.: В ОАО «Туполев» разработана программа создания целой серии криогенных самолетов. В соответствии с Постановлением Правительства РФ (№ 368) от 23 апреля 1994 г. на первом этапе программы предусмотрено создание самолета Ту-156.
Грузопассажирский самолет Ту-156 предназначен для отработки в процессе длительной эксплуатации элементов бортовой криогенной топливной системы и ее сертификации, а также для отработки наземной инфраструктуры. Криогенные агрегаты самолета будут устанавливаться на последующих серийных криогенных самолетах ОАО «Туполев».
|
|
|
На Ту-156 применяются два вида топлива: авиационный керосин (ТС-1, РТ) и сжиженный природный газ (ТУ 51-03-03-85), что позволяет эксплуатировать самолет как на обычных аэродромах, так и на аэродромах, имеющих системы заправки СПГ. Применение двух видов топлива значительно повышает безопасность полетов.
Ту-156 может перевозить 14 т полезного груза при полетах на дальность до 2600 км на СПГ и до 3300 км на СПГ и керосине.
В задней части пассажирского салона выделяется вентилируемый отсек, в котором устанавливается основной криогенный бак, вмещающий 13 т СПГ. В переднем багажном отсеке выделяется вентилируемый отсек, в котором устанавливается центровочный криогенный топливный бак, состоящий из двух горизонтально расположенных сообщающихся сосудов, вмещающий 3,8 т СПГ.
На самолет Ту-156 в основном выпущена техническая документация. Изготовлены опытный экземпляр двигателя НК-89 и целый ряд других криогенных агрегатов. В настоящее время они проходят стендовые испытания.
С целью обеспечения работ по созданию Ту-156 готовится наземный стенд для испытания криогенной силовой установки на базе самолета Ту-155 с максимальным использованием его бортовых систем.
Другим проектом по криогенной тематике является среднемагистральный самолет Ту-204К с двигателями ПС-92 на базе пассажирского сертифицированного самолета Ту-204 с двигателями ПС-90А. Керосин на самолете размещается в крыльевых топливных баках, баки с СПГ располагаются на фюзеляже в обтекателе, имеющем форму с минимальным аэродинамическим сопротивлением. Топливная экономичность самолета Ту-204К близка к экономичности базового Ту-204 и составляет 19,6 г/пасс.(км. Этот самолет способен перевозить 210 пассажиров на расстояние до 5200 км. Разработанный на уровне технических предложений Ту-204К использует основные элементы криосистемы, устанавливаемые на самолете Ту-156 и может использовать как СПГ, так и керосин. Срок окупаемости программы — 98 месяцев после изготовления и продажи 50 самолетов.
Ту-136В ОКБ начаты работы по созданию нового регионального грузопассажирского самолета Ту-136 с двумя двигателями ТВ7-117СФ, который имеет оптимальную компоновку, учитывающую свойства СПГ. Он может эксплуатироваться с аэродромов любого класса, в том числе с грунтовых, использоваться на трассах, связывающих областные центры России, для грузопассажирских перевозок при обслуживании центров добывающей промышленности, а также как летающая лаборатория для инспектирования магистральных газопроводов районов Севера и Сибири. Этот самолет после сертификации может использоваться зарубежными авиакомпаниями в странах, имеющих развитую инфраструктуру потребителей природного газа.
Ту-136 имеет взлетную массу 20 т, может перевозить 53 пассажира или до 5 т груза на расстояние до 2200 км со скоростью 550 км/ч на высоте около 9000 м. Топливная экономичность самолета — около 20 г/пасс.( км — соответствует лучшим мировым самолетам этого класса, а применение СПГ позволит примерно на 30% сократить прямые эксплуатационные расходы. Самолет спроектирован с учетом особенностей криогенного топлива. Он имеет дупланную аэродинамическую схему, логично совмещенную с криогенными топливными баками. Конструктивно-силовая схема самолета выполнена с максимальной разгрузкой крыла и фюзеляжа от действия аэродинамических и массовых сил.
Криогенные топливные баки емкостью 3680 кг располагаются в двух вынесенных гондолах за двигательной силовой установкой. Совмещение миделя бака с миделем мотогондолы, а также сочетание поддерживающих пилонов с общей аэродинамической схемой самолета позволило расположить криогенные топливные баки вне фюзеляжа практически без увеличения аэродинамического сопротивления и усиления крыла. Короткие криогенные трассы имеют небольшую массу и не требуют супертеплоизоляции. Вынесенная из зоны пассажирского салона силовая установка значительно повышает безопасность пассажиров и экипажа и упрощает ее экспериментальную отработку. Керосин заливается в крыльевые баки как в обычном самолете.
Габаритные размеры самолета Ту-136: длина — 22,63 м, высота — 8,13 м, размах крыла — 21,77 м.
В настоящее время разработаны технические предложения и бизнес-план по созданию этого самолета. Программа окупится на 4-й год серийного производства при выпуске и продаже около 90 самолетов.
Наряду с этим ведется проектирование среднемагистрального самолета Ту-204К-330 с двигателем НК-94, работающим на СПГ. Самолет предназначен для перевозки военных и гражданских грузов весом до 35 т. Авиакеросин размещается в крыльевых топливных баках, баки с СПГ располагаются на верхней части фюзеляжа в обтекателях, имеющих форму с минимальным аэродинамическим сопротивлением.
Двигатель НК-94 разрабатывает ОАО «СНТК им. Н.Д. Кузнецова». Он является криогенной модификацией НК-93, который должен быть сертифицирован в 2004 г. На самолете устанавливаются все основные элементы криосистемы, имеющиеся на Ту-156. Ту-204К-330 может использовать в качестве топлива как СПГ, так и керосин, а также совершать посадку на грунтовой аэродром.
«АП»: Скажите, что из себя представляет наземная инфраструктура для обслуживания самолетов на криогенном топливе и в чем ее отличие от существующих сегодня?
Наземный криогенный комплекс Ту-155В.А.: Наземный комплекс для обслуживания криогенных самолетов включает в себя, в основном, те же средства, что и для обычных самолетов за исключением дополнительных средств обеспечения СПГ и погрузочно-разгрузочных работ. Комплекс средств для обеспечения самолета на СПГ отличается от «керосинового» комплекса тем, что это топливо необходимо хранить, транспортировать и заправлять в самолет при криогенных температурах и не допускать сброса его паров в атмосферу.
Структура наземного криогенного комплекса должна содержать: установку для получения СПГ, изотермические хранилища, средства транспортировки СПГ и заправки в самолет, систему утилизации паров СПГ, средства контроля качества СПГ, средства обеспечения пожаро-взрывобезопасности. Разработку криогенных наземных комплексов ведет ОАО «Газпром» с привлечением смежников.
Как я уже сказал, с целью обеспечения работ по созданию самолета Ту-156 готовится наземный стенд для испытаний криогенной силовой установки. Он предназначен для решения целого ряда задач, основными из которых являются:
отработка переключения двигателя НК-89 с одного вида топлива на другой;
отработка режимов совместной работы самолетной криогенной системы и двигателя;
отработка режимов заправки, хранения, перекачки и выработки криогенного топлива из баков;
выявление особенностей работы силовой установки при крайних значениях давлений и температур криогенного топлива;
оценка технологии подготовки двигателя к запуску;
оценка эффективности работы теплоизоляции криогенных конструкций;
оценка работоспособности металлических и композитных криогенных баков;
оценка работоспособности некоторых элементов системы взрывопожаро-безопасности;
отработка технологии эксплуатации криогенной силовой установки и проведения регламентных работ;
получение экспериментального материала для разработки авиационных правил для криогенных систем;
частичная сертификация криогенной силовой установки и др.
Заправка керосиновых баков самолета осуществляется с помощью аэродромных автозаправщиков, а экспериментальных криогенных баков СПГ — с помощью автозаправщика ЦТМ 8/0,25, в последующем — от заправщика, снабженного насосной системой подачи. Для проведения заправки разрабатывается специальный быстроразъемный стыковочный узел. Заправка криогенных баков должна осуществляться при температуре СПГ, соответствующей давлению насыщенных паров 1,1-1,3 ата.
Проведение комплексных наземных стендовых испытаний силовой установки, а также летная эксплуатация Ту-156 должны обеспечить окончательное решение вопросов и наземной инфраструктуры.
В заключение хочу отметить, что использование СПГ в качестве авиационного топлива имеет большое государственное значение. Решение этой проблемы капитально продвинуто не только в теоретической, но и в практической областях.
Внедрение сжиженного природного газа в авиации коренным образом повысит экономичность авиаперевозок, улучшит экологическое воздействие воздушного транспорта и, главное, спасет от постепенно надвигающегося острого дефицита нефтяного топлива.
Список используемых ресурсов:
1.И.В. Бармин, И.Д. Кунис «Сжиженный природный газ»
Под редакцией доктора технических наук, профессора А.М. Архарова
2. Интернет ресурсы:
1. http://авиару.рф
2. http://uvauga-dvig.narod.ru
3. https://www.aviapanorama.su/2002/07/stanet-li-prirodnyj-gaz-aviatoplivom-xxi-veka/
4. http://fb.ru/article/297508/jidkiy-vodorod-svoystva-i-primenenie
Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 374; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!