Туполев Ту-155

Ту-155 — это модифицированный Ту-154, созданный для экспериментов с СУ, работающей на криотопливе, и работающий на водороде. Разработка была ведена Московским машиностроительным заводом «Опыт», который впоследствии был переименован в КБ им. Туполева в 1989 году.

История возникновения проекта

В 1970-х годах в связи с глобальными проблемами в области добычи нефти и энергетического кризиса возникла потребность в поиске альтернативного топлива. В СССР была запущена научно-исследовательская программа с участием различных бюро и институтов, направленная на внедрение водородного топлива в промышленность. Одни институты работали над внедрением «криогенного» топлива в сельское хозяйство, в то время как другие занимались разработкой топлива для авиастроительной промышленности. Этот проект был назван «Холод».

Проект Ту-155 был разработан в 1988 году главным конструктором В. А. Андреевым. Он был создан для экспериментов с криогенным топливом и представляет собой летающую лабораторию.

Проект имел несколько преимуществ. Рассмотрим их:

• внедрение нового вида топлива;
• перевозка людей выйдет дешевле — экономическая выгода «налицо»;
• доставка топливо упрощена;
• улучшение экологии при использовании сжатого водорода;
• это даст толчок в развитии космической и гиперзвуковой авиации.

В середине апреля того же года Ту-155 выполнил свой первый тридцатиминутный полет с летчиком-испытателем Севанькаевым на борту, а также с двумя другими пилотами и бортинженером-испытателем.

Выяснили, что криогенное топливо оправдало ожидания. Оно эффективнее втрое по удельной способности, чем другие горючие топлива, применяемые в настоящее время, и подходит для разных СУ, помимо экологического фактора.

Всего было проведено более сотни экспериментальных полетов, в том числе на жидком водороде, а также благодаря этому было установлено четырнадцать мировых рекордов.

На лайнере имелось три силовые установки. Две из них — двухконтурные турбореактивные двигатели HK-8-2, работающие на керосине. Они были расположены по бокам, а в середине находилась еще одна СУ, действующая от водорода, самарская двухконтурная HK-88.

В баке объемом 18 м 3, расположенном в хвостовой части фюзеляжа, находилось топливо под давлением. Использование жидкого водорода в качестве топлива продолжалось только один год. Затем был использован сжатый газ в двигателе НК-89 после его модернизации. Эта система использовалась на самолете Ту-2000 для нужд ВКС.

ТРДД были удалены, а НК-88 оставлен, разработанный под руководством Н.Д. Кузнецова, который уделил особое внимание безопасности от пожара при разработке двигателя.

Из-за дефицита нефтяного топлива, цены на сжиженный природный газ (СПГ) продолжали падать, что становилось экономически выгодным по всем показателям: дешевле, эффективнее и экологичнее!

Конструкция самолета

Какие отличия между Ту-155 и Ту-154? Какие изменения были внесены в лайнер? В хвосте фюзеляжа был создан изолированный отсек с теплозащитным баком для криогенного топлива с температурой -253 градуса Цельсия. Кроме того, был создан экспериментальный криогенный топливный комплекс и улучшена его система управления.

Систем топливного комплекса было семь: тушение пожара водой, КК топлива, газового контроля, заправка, ТВ-контроль, пневмопитание и энергоснабжение. Благодаря этому можно было экспериментировать с большим количеством нового доступного топлива, а это помогло советской науке двигаться и развиваться ускоренными темпами: улучшенное оборудование, новые системы, процессы, технологичные разработки, новое применение испытаний и возможности, эффективность приемов испытаний, методы безопасности.

Параллельно это помогло и новым наработкам для грузопассажирских лайнеров. Советский Союз стал интересен всему миру благодаря своим наработкам в этой области, с нами хотели сотрудничать международные организации. При первом полете английские журналисты снимали все на видео: заправку, полет, посадку. Летели параллельно на Ту-154 вместе с командой разработчиков, и документировали происходящее.

К девяностым годам в России уже имелась база предприятий, которые отвечали за отраслевые кооперации по созданию «криосистем». В самолете также присутствовали три системы. Одна отвечала за отсутствие воздуха в теплоизоляционных секторах. Вторая система — азотная, использовалась для отслеживания утечек топлива и замещала атмосферу в тех отсеках, где не нужен воздух. Третья система — гелевая, она управляла механизмами СУ (в экспериментальном самолете баллоны с гелием находились прямо в салоне).

Заправка криогенным топливом

На аэродроме прибыли два грузовых автомобиля — один с азотом, другой — со сжиженным газом. Азот был использован для продувки всей топливной системы и создания необходимой атмосферы, после чего заправщик заполнил бак криогенным топливом. В то время, когда мир нуждался в замене нефтепродуктов, были и те, кто были против этого.

Модификации Ту-155

Были запланированы три варианта использования самолета.

1. Ту-136 с использованием криогенной СУ.
2. Ту-156 с СУ HK-89 с нагрузкой в 14 т.
3. Ту-206 пассажирский лайнер на криогенном топливе для двух сотен пассажиров.

Криогенное топливо «за» и «против»

Некоторые высказывались против использования криогенного топлива, ссылаясь на расчеты и утверждая, что это невыгодно для страны.

Основная версия такова: производство водорода влечет за собой разложение воды. Отталкиваясь от курса физики в средней школе, гидролиз занимает столько же энергии, сколько будет затрачено на сгорание топлива. Т. е. добавим к этому энергию, которая затрачивается на производство сжиженного водорода и уже ясно, что это превышение энергии. Да и само сжижение газа занимает 75% от энергии при сжигании.

Сжижают и выделяют водород обычно на теплоэлектростанциях, где коэффициент полезного действия примерно сорок процентов. Добавим к этому транспортировку, и при хорошем раскладе получается, что на один джоуль энергии сгорания топлива нужно четыре джоуля. По более реальным прогнозам — двенадцать джоулей. Неоптимистично, неправда ли?

Для улучшения этих прогнозов необходимо использовать более дешевую электроэнергию, например, солнечную. Кроме того, следует рассмотреть другие доступные источники энергии, которые были доступны в прошлом.

Более подробно рассмотрим солнечную энергию. Выпуск водорода после расщепления молекулы воды был незначительным, поскольку молекулы быстро возвращались к исходному состоянию воды. Армянские ученые соединили электролиз и фотолиз.

Полупроводники солнечных батарей могут использоваться в качестве примера. Электрический ток может быть использован для разложения воды. Однако, выхлоп невелик и цифры не радуют. Следовательно, каждый аэропорт должен иметь огромную площадь для добычи сжиженного водорода. Проблема была передана главному конструктору, который ответил, что если бы все было так плохо, никто бы не брался за это. Переоборудование аэропортов для использования нового топлива будет стоить всего на 5% дороже летного часа, что легко окупится за год.

Летно-технические характеристики

ТТХ криогенного самолета схожи с Ту-154Б.

• Экипаж: 4 человека.
• Макс. скорость 950 км\ч.
• Взлетный вес — 98 тонн.
• Время полета на криотопливе — 120 минут.
• Дальность — 2800 километров.
• СУ —1 шт. HK-88\89 и 2 шт. HK-8-2.
• Тяга — 31500 кгс.
• Высота — 11,4 метра.
• Длина — 47,9 метров.
• Практический потолок — 11,9 км.
• Объем бака — 20 м 3 .