Криогенное топливо что это
Криогенное топливо в авиации.
Привет, друзья!
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.
Тот самый самолет Ту-155 на хранении. К сожалению отвратительном хранении :-(.
Двигатель НК-88. Сверху на двигателе виден массивный турбонасосный агрегат.
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.
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…
ТОПЛИВО ДЛЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ XXI ВЕКА
Кандидаты технических наук В. АНДРЕЕВ, главный конструктор, и В. СОЛОЗОБОВ, директор ЦКБ (ОАО «Туполев»).
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.
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 273 о С). 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 м з жидкого водорода с экранно-вакуумной теплоизоляцией, которая долгое время сохраняет в баке температуру ниже минус 253 о С. 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.
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.
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 162 о С), 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.
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.
«Рожденный в холоде» летать способен!
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!
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!
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.
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!».
Добавьте «Правду.Ру» в свои источники в Яндекс.Новости или News.Google, либо Яндекс.Дзен
Быстрые новости в Telegram-канале Правды.Ру. Не забудьте подписаться, чтоб быть в курсе событий.
Криогенное топливо
Полезное
Смотреть что такое «Криогенное топливо» в других словарях:
Топливо авиационное — горючее вещество, вводимое вместе с воздухом в камеру сгорания двигателя ЛА для получения тепловой энергии в процессе окисления кислородом воздуха (сжигания). К Т. а. относятся авиационные бензины и реактивные топлива. Первые применяются в… … Энциклопедия техники
топливо авиационное — топливо авиационное горючее вещество, вводимое вместе с воздухом в камеру сгорания двигателя летательного аппарата для получения тепловой энергии в процессе окисления кислородом воздуха (сжигания). К Т. а. относятся авиационные бензины и… … Энциклопедия «Авиация»
топливо авиационное — топливо авиационное горючее вещество, вводимое вместе с воздухом в камеру сгорания двигателя летательного аппарата для получения тепловой энергии в процессе окисления кислородом воздуха (сжигания). К Т. а. относятся авиационные бензины и… … Энциклопедия «Авиация»
Авиационное топливо — Авиационное топливо горючее вещество, вводимое вместе с воздухом в камеру сгорания двигателя летательного аппарата для получения тепловой энергии в процессе окисления кислородом воздуха (сжигания). Делится на два типа авиационные… … Википедия
Протон (ракета-носитель) — РН «Протон» «Прото … Википедия
Метан — CH4, насыщенный углеводород парафинового ряда. В стандартных условиях М. газ без цвета к запаха, относится к пожаро и взрывоопасным веществам. Молекулярная масса 16,04 кг/кмоль, температура плавления 90,66 К, температура кипения 111,67 К,… … Энциклопедия техники
Титан IIIC — Необходимо проверить качество перевода и привести статью в соответствие со стилистическими правилами Википедии. Вы можете помочь улучшить эту статью, исправив в ней ошибки … Википедия
Криогенное топливо находятся топливо которые требуют хранения при очень низких температурах, чтобы поддерживать их в жидком состоянии. Эти виды топлива используются в оборудовании, которое работает в космосе (например, ракетных кораблях и спутниках), потому что обычное топливо не может быть использовано там из-за очень низких температур, часто встречающихся в космосе, и из-за отсутствия окружающей среды, которая поддерживает горение (на Земле в атмосфере много кислорода, в то время как космос, доступный для исследования человеком, представляет собой вакуум, в котором кислорода практически нет). Криогенный топливо чаще всего составляет сжиженный газы Такие как жидкий водород.
Немного ракетные двигатели использовать регенеративное охлаждение, практика циркуляции криогенного топлива вокруг насадки перед закачкой топлива в камера сгорания и загорелся. Такое расположение было впервые предложено Ойген Зенгер в 1940-е гг. В Сатурн V Ракета, которая отправила первые пилотируемые миссии на Луну, использовала этот элемент дизайна, который используется до сих пор.
Частенько, жидкий кислород ошибочно называют криогенным топливо, хотя на самом деле это окислитель а не топливо. [ нужна цитата ]
Российский авиастроитель Туполев разработал версию своего популярного Ту-154 конструкции, но с криогенной топливной системой, обозначенной Ту-155. Использование топлива, называемого сжиженный природный газ (СПГ), первый полет состоялся в 1989 году.
Содержание
Операция
Криогенное топливо можно разделить на две категории: инертное и легковоспламеняющееся или горючее. Оба типа используют большое объемное отношение жидкости к газу, которое возникает при переходе жидкости в газовую фазу. Возможность использования криогенного топлива связана с так называемым высоким массовым расходом. [1] При регулировании энергия криогенного топлива с высокой плотностью используется для создания тяги в ракетах и контролируемого расхода топлива. В следующих разделах представлены более подробные сведения.
Инертный
Эти типы топлива обычно используют регулирование производства и расхода газа для приведения в действие поршней в двигателе. Контролируются большие увеличения давления, которые направляются к поршням двигателя. Поршни двигаются за счет механической энергии, преобразуемой в результате контролируемого производства газообразного топлива. Яркий пример можно увидеть в Питер ДирманЖидкостный самолет. Некоторые распространенные инертные виды топлива включают:
Горючие
Эти виды топлива используют полезные криогенные свойства жидкости наряду с легковоспламеняющейся природой вещества как источника энергии. Эти виды топлива хорошо известны, прежде всего, благодаря их использованию в ракеты. Некоторые распространенные горючие виды топлива включают:
Сгорание двигателя
Горючие криогенные виды топлива более полезны, чем большинство инертных видов топлива. Сжиженный природный газ, как и любое другое топливо, воспламеняется только при правильном смешивании с нужным количеством воздуха. Что касается СПГ, большая часть эффективности зависит от метанового числа, которое является газовым эквивалентом октанового числа. [2] Это определяется на основе содержания метана в сжиженном топливе и любом другом растворенном газе и варьируется в результате экспериментальной эффективности. [2] Максимальное повышение эффективности двигателей внутреннего сгорания будет результатом определения надлежащего отношения топлива к воздуху и использования дополнительных углеводородов для оптимального сгорания.
Эффективность производства
За последние десятилетия процессы сжижения газа улучшились с появлением более совершенного оборудования и контроля потерь тепла в системе. Типичные методы используют преимущество температуры газа, резко остывающего при сбросе контролируемого давления газа. Достаточное повышение давления и последующий сброс давления могут привести к сжижению большинства газов, как показано на примере Эффект Джоуля-Томсона. [3]