Китай испытал первый самолет на водородном топливе. Китай испытал самолет на водородных топливных элементах

Китайские специалисты провели первый испытательный полет самолета на экологически чистых водородных топливных элементах, сообщают китайские СМИ.
Тестовый полет был проведен в городе Шэньян на северо-востоке Китая. Сообщается, что самолет смог набрать высоту 320 метров.
Самолет был создан специалистами Даляньского бюро химических исследований Академии наук Китая и Ляонинского авиационного научно-исследовательского института на базе двухместного электросамолета RX1E, передает BBC .
Машина оснащена водородным топливным элементом, который способен вырабатывать мощность в 20 кВт. Также на борту имеются дополнительные аккумуляторы, которые подзаряжаются во время полета.
Разработчики утверждают, что за все время испытаний не было зафиксировано никаких вредных выбросов в атмосферу. Сообщается, что все системы самолета успешно функционировали при температуре минус 20 градусов по Цельсию.
Китай стал третьей страной в мире, которая провела испытания самолета на водородных элементах. Ранее такие испытания проводились в США и Германии.

September 3rd, 2015

На территории ЛИИ им.Громова в подмосковном Жуковском стоит самолет с надписью на борту Ту-155. Эта уникальная машина, летающая лаборатория для отработки систем и двигателя, использующих криогенное топливо. Работы в этом направлении велись в конце 80-х годов. Ту-155 стал первым в мире самолетом, использующим в качестве топлива жидкий водород и сжиженный природный газ. Прошло 27 лет с первого полета этой необычной машины. И сейчас она тихо стоит среди списанных самолетов. Несколько раз ее хотели разрезать на металл. Так чем же уникален это самолет?
1.

Прежде чем говорить об этом самолете, стоит пояснить, что такое криогенное топливо и чем оно отличается от углеводородного. Криогеника -- это изменения свойств различных веществ в условиях крайне низких температур. То есть криогенное топливо означает “рожденное холодом”. Речь идет о жидком водороде, который хранится и перевозится в жидком состоянии при очень низких температурах. И о сжиженном природном газе, обладающем так же очень низкими температурами. По сравнению с керосином, жидкий водород имеет ряд преимуществ. Он обладает вторе большей теплотворной способностью. То есть при сжигании равных масс, у водорода выделяется больше тепла, что напрямую влияет на экономические характеристики силовой установки. Кроме того при его использовании в атмосферу выделяется вода и совсем небольшое количество окислов азота. Это делает силовую установку безвредной для атмосферы. Однако водород является очень опасным топливом. В смеси с кислородом он чрезвычайно горюч и взрывоопасен. Обладает исключительной проникающей способностью, а храниться и транспортироваться может только в сжиженном состоянии при очень низких температурах (-253°C). Эти особенности водорода представляют собой достаточно большую проблему. Именно поэтому совместно с жидким водородом в качестве авиационного топлива рассматривался и природный газ. По сравнению с водородом он значительно дешевле и доступнее. Его можно хранить в сжиженном состоянии при температуре -160°C, а по сравнению с керосином, он обладает на 15% большей теплотворной способностью. Кроме того он в несколько раз дешевле керосина, что делает его так же экономически выгодным в качестве авиационного топлива. Однако природный газ так же пожароопасен, хоть и в меньшей степени, чем водород. Именно с этими трудностями предстояло справиться инженерам ОКБ им.Туполева при создании экспериментального самолета Ту-155.
2.

Авиационные конструкторы впервые столкнулись с криогенной техникой. Поэтому проектирование шло не только в тиши конструкторских залов, но и в исследовательских лабораториях. Конструкторы шаг за шагом внедряли новые конструкторские решения и технологии, обеспечивающие создание принципиально новых систем самолета, криогенной силовой установки и систем, позволяющих ее безопасную эксплуатацию.
3.

Летающая лаборатория создавалась на базе серийного Ту-154, доработанного под стандарт Ту-154Б. Бортовой номер СССР-85035. Главным конструктором Ту-155 был назначен Владимир Александрович Андреев. В самолете имелось множество принципиальных отличий от базового варианта. Криогенный топливный бак объемом 17,5 м 3 вместе с системой подачи топлива и системой поддержания давления составлял экспериментальный топливный комплекс, размещенный в хвостовом отсеке фюзеляжа, отделенном от других отсеков самолета буферной зоной. Бак, трубопроводы и агрегаты топливного комплекса имели экранно-вакуумную изоляцию, обеспечивающую заданные теплопритоки. Буферные зоны защищали экипаж и жизненно важные отсеки самолета в случае нарушения герметичности водородных систем.
4.

На самолете был установлен экспериментальный турбореактивный двухконтурный двигатель НК-88, созданный в Самаре в двигателестроительном конструкторском бюро под руководством академика Николая Дмитриевича Кузнецова на базе серийного двигателя для Ту-154 НК-8-2. Он устанавливался вместо правого штатного двигателя и использовал для работы водород или природный газ. Два других двигателя были родными и работали на керосине. Сейчас они сняты. А вот НК-88 остался на месте.
5.

6.

7.

Для управления и контроля криогенного комплекса на самолете имеется ряд систем:

Гелиевая система, управляющая агрегатами силовой установки. Так как двигатель работал на водороде, к нему нельзя было подводить электроприводы. Именно по этому его систему управления заменили на гелиевую.

Азотная система, замещающая воздушную среду в отсеках, где возможны утечки криогенного топлива.

Система газового контроля, контролирующая газовую среду в отсеках самолета и предупреждающую экипаж в случае утечек водорода задолго до взрывоопасной концентрации.

Система контроля вакуума в теплоизоляционных полостях.

В грузовом отсеке носовой части фюзеляжа расположены круглые баллоны с азотом. Так же они установлены и в салоне самолета выше иллюминаторов. На полу вместо пассажирских кресел установлены баллоны с гелием. Так же на борту установлены стойки с контрольно-измерительной и записывающей аппаратурой.

В целом было создано и внедрено более 30-ти новых самолетных систем. Среди новых технологий важное место занимает технологический процесс обеспечивающий очистку внутренних полостей трубопроводов и агрегатов. Потому что с высокоэффективной изоляцией и вакуумной герметичностью, чистота - залог безопасности будущего полета.

Кабина экипажа подверглась изменениям. Перегородка была перенесена глубже в салон, а в кабине установлены рабочие места второго борт-инженера, который отвечал за работу экспериментального двигателя и инженера-испытателя, который контролировал работу бортовых экспериментальных систем. В полу кабины был смонтирован люк аварийного покидания.

Для обслуживания самолета и выполнения испытательных работ был создан авиационный криогенный комплекс. Он состоял из системы заправки жидким водородом (или сжиженным природным газом), пневматического питания, энергоснабжения, телевизионного контроля, газового анализа, орошения водой в случае пожара, а так же контроля качества криогенного топлива.

На этапе наземных испытаний выполнялась проверка функционирования всех экспериментальных систем, включая работу двигателя НК-88 на жидком водороде. Были отработаны режимы заправки, обслуживания вакуумных систем, режимы работы топливной системы и системы поддержания давления в сочетании с работающим двигателем. Одновременно отрабатывалась подготовка самолета к полету, заправка бортовых систем гелием и азотом.

На фотографии видно длинную трубу, тянущуюся из-под фюзеляжа к соплу центрального двигателя. Это система аварийного слива жидкого водорода (природного газа). Она позволяла в случае необходимости слить криогенное топливо на срез сопла среднего штатного двигателя. В процессе наземных испытаний были отработаны различные ситуации, связанные с опасностью возникновения взрыва и пожара.

9.

10.

11.

В процессе непосредственной подготовки к полету осуществлялась доставка жидкого водорода автозаправщиками. Они подсоединялись к самолету через стационарные криогенные трубопроводы с запорно-присоединительной арматурой, которая обеспечивала необходимые противопожарные разрывы между самолетом, заправщиком и местом сброса в атмосферу дренируемого газообразного водорода. После пристыковки заправщиков производился контроль качества жидкого водорода с использованием специального пробоотборника и газового хроматографа. Помимо обычных операций при подготовке самолета к полету проводилась подготовка экспериментального двигателя, экспериментальных систем самолета и наземного комплекса. Особое внимание уделялось средствам взрыво- и пожаробезопасности, системам газового контроля, азотной, контроля вакуума в изоляционных полостях, системе пожаротушения, вентиляции отсека топливного комплекса и мотогондолы. В процессе испытаний отрабатывались различные средства защиты от повышения концентрации водорода в отсеках, как с использованием нейтральной среды (азота), так и вентиляцией воздухом от бортовой системы кондиционирования.

Из-за большой взрывоопасности из отсека с топливным баком пришлось удалить практически все электрооборудование. Это исключило малейшую возможность искрообразования, а весь отсек постоянно продувался азотом или воздухом. Кроме того пары водорода из бака нужно было отводить подальше от двигателей, чтобы избежать воспламенения. Для этого сделали дренажную систему. Один из ее элементов первым бросается в глаза на киле самолета. Это обтекатель выпускного коллектора.
12.

13.

К первому полету самолет готовили на Жуковской летно-испытательной и доводочной базе Туполева (ЖЛИиДБ). Ту-155 отбуксировали к месту запуска двигателей. “Я 035, прошу взлет”. “035, взлет разрешаю”. 15 апреля 1988 года в 17 часов 10 минут с подмосковного аэродрома стартовал в свой первый полет самолет Ту-155 с двигателем, работающем на жидком водороде. Его пилотировал экипаж в составе: первый пилот - заслуженный летчик испытатель СССР Владимир Андреевич Севанькаев, второй пилот - заслуженный летчик испытатель СССР Андрей Иванович Талалакин, борт-инженер - Анатолий Александрович Криулин, второй борт-инженер - Юрий Михайлович Кремлев, ведущий инженер-испытатель - Валерий Владимирович Архипов.

Полет проходил нормально. Контроль за его выполнением вели все наземные службы и самолет сопровождения Ту-134. Отработанные и проверенные на земле системы впервые проходили проверку в воздухе. Полет продолжался всего 21 минуту по малым кругам на разных высотах не выше 600 метров. Он завершился чуть раньше намеченного, для чего у инженера-испытателя Валерия Архипова были веские доводы: в азотном отсеке датчики зафиксировали наличие азота, который должен был автоматически появиться при утечках водорода. Но, слава Богу, причина была иная. Азот поступал через баллонный вентиль, разгерметизировавшийся при осуществлении самолетом крена в обе стороны от оси. Это стало понятно только на земле.

Был сделан только первый шаг на пути решения сложных проблем внедрения жидкого водорода в качестве авиационного топлива. В процессе летных испытаний были выполнены полеты по проверке работы силовой установки и систем самолета на различных режимах полета и при эволюциях самолета. Выполняли запуски экспериментального двигателя, испытывалась работа систем взрыво-пожаробезопасности в режимах создания нейтральной среды и вентиляции воздуха. В июне 1988 года программа летных испытаний на жидком водороде была выполнена полностью. После этого Ту-155 подвергся доработке для полетов с использованием сжиженного природного газа. Первый полет с использованием этого топлива состоялся 18 января 1989 года. Испытания самолета выполнял экипаж в составе: командир корабля - заслуженный летчик испытатель СССР Владимир Андреевич Севанькаев, второй пилот - Валерий Викторович Павлов, борт-инженер - Анатолий Александрович Криулин, второй борт-инженер - Юрий Михайлович Кремлев, ведущий инженер-испытатель - Валерий Владимирович Архипов.

Как сказал генеральный конструктор Алексей Андреевич Туполев: “Сегодня впервые в мире поднялся самолет, используя в качестве топлива сжиженный природный газ. И мы надеемся, что этот первый полет этого самолета он даст нам возможность собрать все научно-экспериментальные данные и построить самолет, на котором уже в ближайшее время смогут летать пассажиры”.

Испытания показали, что расход топлива по сравнению с керосином уменьшается почти на 15%. Плюс к этому они подтвердили возможность безопасной эксплуатации самолета на криогенном топливе. В ходе обширного комплекса испытаний на Ту-155 было установлено 14 мировых рекордов, а так же совершено несколько международных перелетов из Москвы в Братиславу (Чехословакия), Ниццу (Франция) и Ганновер (ФРГ). Общая наработка экспериментальной силовой установки превысила 145 часов.

В конце 90-х годов 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 сжиженном природном газе. Самолет получил наименование Ту-156 и создавался на базе уже имеющегося Ту-155. На него должны были устанавливаться три новых двигателя НК-89, аналогичные НК-88, но имеющие две независимые топливные системы: одну для керосина и другую для криогенного топлива. 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. К сожалению этого сделано не было. И препятствия к осуществлению задуманных планов были исключительно финансовыми.

Наверное, можно сказать, что Ту-155 обогнал свое время. На нем впервые применили системы, к которым человечество еще вернется. А Ту-155 достоин стоять в музее, а не среди забытых списанных самолетов.

На Международном авиационно-космическом салоне МАКС-2015 Научно-инженерная компания "НИК" и Б лаготворительный фонд "Легенды Авиации" при поддержке Администрации города Жуковский и ОАО “Авиасалон” впервые представили этот уникальный самолет широкой публике.

Пассажирский самолет на криогенном водородном топливе ЦАГИ

Центральный аэрогидродинамический институт имени Жуковского предложил концепцию нового пассажирского самолета на криогенном водородном топливе. Как пишет Aviation Week , концепция предусматривает разработку широкофюзеляжного лайнера с верхней установкой топливных баков внутри корпуса. Лайнер, если разработка будет завершена, сможет перевозить от 200 до 230 пассажиров.

Проекты перевода самолетов на водородное топливо разрабатывались и раньше. Благодаря жидкому водороду планировалось повысить экологичность самолетов. Кроме того, смесь жидкого водорода с воздухом дает высокоэнергетическую топливную смесь с лучшими характеристиками чем у обычной керосиново-воздушной смеси. Благодаря этому качеству водородного топлива потребуется меньше.

Тем не менее, проекты водородных самолетов до конца не были доведены. Дело в том, что для сохранения дальности полета самолета необходимо много жидкого водорода, для которого нужны топливные баки большого объема. Такие баки можно установить внутри фюзеляжа для сохранения аэродинамики самолета, но в ущерб числу посадочных мест для пассажиров.

Без сокращения числа мест для пассажиров топливный бак большого объема можно разместить на внешней подвеске или внутри увеличенного фюзеляжа. Это приводит к увеличению максимальной взлетной массы и лобового сопротивления самолета, что полностью нивелирует выгоду от использования криогенного водородного топлива.

Концепция, предложенная ЦАГИ, предполагает создание пассажирского самолета с двухэтажным фюзеляжем, внутри которого на первом этаже будут установлены кресла для пассажиров, а на втором - топливные баки с жидким водородом. Лайнер планируется оснастить Т-образным хвостовым оперением, которое не будет затеняться набегающим потоком воздуха от «горба» на фюзеляже.

Для того, чтобы убрать негативное влияние увеличенного лобового сопротивления, ЦАГИ совместно с Центральным институтом авиационного моторостроения имени Баранова предложил установить в хвостовой части турбовентиляторные двигатели с ультравысокой степенью двухконтурности, вентиляторы которых вращаются в противоположные стороны.

Эти хвостовые двигатели будут захватывать медленный пограничный слой, текущий по поверхности фюзеляжа. Предполагается, что это будет приводить к образованию зон турбулентности и ускорению течения пограничного слоя в передней части фюзеляжа, а значит снижать лобовое сопротивление.

На водородный самолет планируется установить электрические турбовентиляторные двигатели, за питание которых будет отвечать водородная топливная ячейка в хвостовой части.

Ту-155 marketology.kz

Первый пассажирский самолет на криогенном водородном топливе разрабатывался в СССР в первой половине 1980-х годов на базе обычного пассажирского лайнера Ту-154. Разработчики модифицировали этот трехдвигательный самолет, смонтировав на него вместо одной обычной силовой установки новую водородную.

Модифицированный самолет получил обозначение Ту-155. На него был установлен турбореактивный двухконтурный двигатель НК-88, созданный на базе обычного серийного НК-8-2. Для работы силовой установки необходим был жидкий водород, охлажденный до температуры в минус 253 градуса Цельсия.

Ту-155 выполнил около ста испытательных полетов, включая два продолжительных международных перелета. Из ста полетов пять были осуществлены полностью на водородном топливе. В 1989 году Ту-155 оснастили модифицированным двигателем НК-88 - НК-89. Эта силовая установка могла работать на сжиженном природном газе. В начале 1990-х годов проект Ту-155 закрыли.

Китайский самолет на водородном двигателе /Фото: ntv.ru

Китай стал четвертой страной в мире, которая провела успешный испытательный полет самолета на водородных топливных элементах, сообщает «РИА Новости» со ссылкой на китайские СМИ. Самолет оснащен топливным элементом, который вырабатывает мощность в 20 кВт, за счет чего работают бортовые системы и электромотор, ведется подзарядка аккумуляторов.

Машина разработана в провинции Ляонин на базе двухместного электрического китайского самолета RX1E. Тестовый полет состоялся в городе Шэньян, самолет достиг высоты в 320 м.

Ранее тестовые полеты самолетов на водородных топливных элементах провели США, Германия и Россия.

Немецкий самолет на водородном топливе / Фото: techcult.ru

В октябре 2016 года в Штутгарте (Германия) совершил свой первый 15-минутный испытательный полет четырехместный пассажирский одномоторный самолет HY-4 с электродвигателем, работающим на водородных топливных элементах. Еще одна его особенность - расположенные по обе стороны от двигателя два фюзеляжа с пассажирскими кабинами.

Длина самолета - 21,36 метра. Необычная компоновка HY-4, по словам его разработчиков, обеспечивает ему «оптимальное распределение компонентов привода и более высокую общую грузоподъемность». В каждом фюзеляже находятся 9-килограммовые емкости для водорода, которые питают 4 низкотемпературных обменных мембраны топливных модулей. Все они составляют единую систему, преобразующую водород и кислород в воду и электрическую энергию.Машина была создана совместно специалистами небольшой самолетостроительной компании Pipistrel, компании Hydrogenics (топливная система), а также университета Ульма и немецкого аэрокосмического центра Института инженерной аэродинамики.

Американский Боинг на водороде /Фото: skyships.ru

В начале 2008 года, американская авиакомпания Boeing провела летные испытания своего первого пилотируемого самолета на водородном топливе. По словам главного директора по технологиям Boeing Джона Трейси (JohnTracy), для компании это историческое достижение. Самолет летел попрямой на высоте около тысячи метров в течение 20 минут. Ранее, в конце 2007 года, компания сообщала об успешном испытании четырехцилиндрового двигателя внутреннего сгорания, работающего на водороде. Его планировалось установить на разрабатываемом в Boeing беспилотном самолете-разведчике, который, по плану проектировщиков, должен будет летать на высоте около 20 км с нагрузкой до 910 кг.

Впервые же в мире полет экспериментального самолета с водородным двигателем состоялся 15 апреля 1988 года в России. Это был Ту-155 с уникальным двигателем НК-88, использующим в качестве топлива жидкий водород. Коллектив Опытного конструкторского бюро имени А.Н. Туполева, возглавляемого Алексеем Андреевичем Туполевым, разработал экспериментальный летательный аппарат нового типа - криогенное авиационное транспортное средство. В течение нескольких лет Ту155 проходил обширный комплекс испытаний, в ходе которых удалось провести большой объем исследований и получить ценные материалы для дальнейших работ по криогенной авиации.

«Байкальская правда»

Пассажирский самолет на криогенном водородном топливе

Центральный аэрогидродинамический институт имени Жуковского предложил концепцию нового пассажирского самолета на криогенном водородном топливе. Как пишет Aviation Week , концепция предусматривает разработку широкофюзеляжного лайнера с верхней установкой топливных баков внутри корпуса. Лайнер, если разработка будет завершена, сможет перевозить от 200 до 230 пассажиров.

Проекты перевода самолетов на водородное топливо разрабатывались и раньше. Благодаря жидкому водороду планировалось повысить экологичность самолетов. Кроме того, смесь жидкого водорода с воздухом дает высокоэнергетическую топливную смесь с лучшими характеристиками чем у обычной керосиново-воздушной смеси. Благодаря этому качеству водородного топлива потребуется меньше.

Тем не менее, проекты водородных самолетов до конца не были доведены. Дело в том, что для сохранения дальности полета самолета необходимо много жидкого водорода, для которого нужны топливные баки большого объема. Такие баки можно установить внутри фюзеляжа для сохранения аэродинамики самолета, но в ущерб числу посадочных мест для пассажиров.

Без сокращения числа мест для пассажиров топливный бак большого объема можно разместить на внешней подвеске или внутри увеличенного фюзеляжа. Это приводит к увеличению максимальной взлетной массы и лобового сопротивления самолета, что полностью нивелирует выгоду от использования криогенного водородного топлива.

Концепция, предложенная ЦАГИ, предполагает создание пассажирского самолета с двухэтажным фюзеляжем, внутри которого на первом этаже будут установлены кресла для пассажиров, а на втором - топливные баки с жидким водородом. Лайнер планируется оснастить Т-образным хвостовым оперением, которое не будет затеняться набегающим потоком воздуха от «горба» на фюзеляже.

Для того, чтобы убрать негативное влияние увеличенного лобового сопротивления, ЦАГИ совместно с Центральным институтом авиационного моторостроения имени Баранова предложил установить в хвостовой части вентиляторные двигатели с ультравысокой степенью двухконтурности, вентиляторы которых вращаются в противоположные стороны.

Эти хвостовые двигатели будут захватывать медленный пограничный слой, текущий по поверхности фюзеляжа. Предполагается, что это будет приводить к образованию зон турбулентности и ускорению течения пограничного слоя в передней части фюзеляжа, а значит снижать лобовое сопротивление.

На водородный самолет планируется установить электрические вентиляторные двигатели, за питание которых будет отвечать водородная топливная ячейка в хвостовой части.

Первый пассажирский самолет на криогенном водородном топливе разрабатывался в СССР в первой половине 1980-х годов на базе обычного пассажирского лайнера Ту-154. Разработчики модифицировали этот трехдвигательный самолет, смонтировав на него вместо одной обычной силовой установки новую водородную.

Модифицированный самолет получил обозначение Ту-155. На него был установлен турбореактивный двухконтурный двигатель НК-88, созданный на базе обычного серийного НК-8-2. Для работы силовой установки необходим был жидкий водород, охлажденный до температуры в минус 253 градуса Цельсия.

Ту-155 выполнил около ста испытательных полетов, включая два продолжительных международных перелета. Из ста полетов пять были осуществлены полностью на водородном топливе. В 1989 году Ту-155 оснастили модифицированным двигателем НК-88 - НК-89. Эта силовая установка могла работать на сжиженном природном газе. В начале 1990-х годов проект Ту-155 закрыли.

Василий Сычёв