?

Log in

No account? Create an account

Previous Entry Share Next Entry
Ту-155 - криогенная авиация
Dron-sd
dron_sd
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 м3 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.
8.


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 Благотворительный фонд "Легенды Авиации" при поддержке Администрации города Жуковский и ОАО “Авиасалон” впервые представили этот уникальный самолет широкой публике.

Вот такие дела.

Recent Posts from This Journal

  • Кубинка - 80 лет

    12 мая 2018 года на аэродроме Кубинка прошло празднование 80-летия 237-го Центра показа авиационной техники имени И.Н.Кожедуба. В праздничном…

  • Встреча с МС-21 в Жуковском

    Вчера 17 октября 2017 года новый российский самолет МС-21 перелетел из Иркутска в подмосковный город Жуковский. Я никогда не видел этого самолета…

  • Работа Korean Air в Шереметьево

    4 октября 2017 года в международном аэропорту Шереметьево прошло мероприятие, посвященное крупнейшей авиакомпании Южной Кореи и одному из лидеров…

  • Новый авиаперевозчик в Шереметьево – Atlasglobal

    25 сентября 2017 года в Международном аэропорту Шереметьево прошла торжественная встреча первого рейса авиакомпании Atlasglobal из Стамбула. На…

  • Архитектурный комплекс “Создатели авиации России”

    22 сентября 2017 года в городе Жуковском прошло торжественное открытие архитектурного комплекса под названием “Создатели авиации…

  • Азимут в Москве

    21 сентября 2017 года в Международном аэропорту Внуково прошла встреча нового авиаперевозчика, базирующегося на юге России – авиакомпании…



  • 1
Красавец! Спасибо тебе за пост, очень интересный и объёмный!

Спасибо, Армен! ))))

Андрей спасибо! Теперь и в печатном виде есть, а то из головы начинает рассказанное вылетать и путаться )

Рад что понравилось. )))

Отличные фото!
Но, в свете описания сабжа, возникло два вопроса:
1. Нафига? С учетом всех мер предосторожности, это абсолютно экспериментальный аппарат, без перспектив к прикладному применению...
2. А двигатель реально мог работать на обоих компонентах горючего? Т.е. на криогенных водороде и углеводороде?
Если "да" - КБ по движкам, однозначно, потрудился на славу!


1. Это исследование. Это был лишь первый шаг в этом направлении. Газа у нас больше чем нефти. Он дешевле и экологичнее (хотя не думаю что экология в те года кого-то волновала). Однако исследования показали, что возможно безопасно летать с таким топливом. Конечно, Ту-155 - это чисто эксперементальная машина. Но ведь именно с таких начинаются новые вещи. Вспомните какими были первые компьютеры и какие они сейчас. ))))
2. Я смотрел интерьвью Николая Дмитриевича Кузнецова, который лично учавствовал в разработке двигателя НК-88. И он сказал, что на сегодняшний день возможно создание двигателя с двумя независимыми топливными системами. Однако, это все осталось только в проектах... Развал СССР остановил многие разработки в нашей стране.

1. Да, конечно... Но, "все аналогии страдают [неточностями]", как говорят французы. Компьютеры тут не причем, как и термоядерный синтез, к примеру, если вы в теме) Ту-155 - абсолютно мертворожденный аппарат, достойный музейной экспозиции.
2. Трехкомпонентное топливо - тоже, пока, спустя столько лет (!), пока, увы, фикция...


Насчет термоядерного синтеза я не в теме )))) А самолет все таки летал. Уже хорошо... ))) Может он и достоин музея, но над ним трудилось много людей. После него было много проектов по переходу на криогенное топливо. А насчет двигателя может тоже фикция. Но сейчас гадать об этом просто бессмысленно. Может это и возможно, а может и нет... ))))

Все упиралось в деньги, чтобы переоборудовать лайнеры Ту-154 в газовую версию Ту-156. Стоило бы это от 700 тысяч до 1,1 млн долларов в пересчете на один самолет и ожидалось, что все затраты окупятся уже через два-три года. К этому было необходимо 12,5 млн долларов, чтобы поставить лайнер в серию и сертифицировать его под маркой Ту-156. А без сертификата ни одна авиакомпания (даже российская) летать на газифицированном самолете не рискнет.

Спасибо за информацию. Да, все в мире упирается в деньги.

Рад что понравилось)))

Великолепный рассказ! Спасибо огромное!

Спасибо! Рад что понравилось!

Понравилось - не то слово. Я в восторге :)

Андрей, великолепный рассказ! 5 баллов

Спасибо, Леха! )))

Хороший рассказ! Помню читал статью про него в журнале "Юный техник" в конце 80-х.

Спасибо! Я тоже впервые об этом самолете узнал из журнала Техника молодежи, который нашел у отца )))

Кстати да, Техника молодежи, перепутал чуток.

Интересно, спасибо.
Вот сюжет из новостей 1989 года про Ту-155: http://www.youtube.com/watch?v=yvgOLapNubI

Вы не хотите этот пост в http://engineering-ru.livejournal.com/ разместить?

Спасибо.

Мне кажется журнолисты в то время тоже не до конца понимали всю суть испытаний, поскольку во многих сюжетах говорится, что все двигатели работали на криогенном топливе, а не только один. )))

Я не против разместить пост.


Отлично, размещайте, когда будет удобно.

И другие посты, если будет желание, тоже вэлкам.

Edited at 2016-03-28 08:09 pm (UTC)

Мало у нас взорвалось маршруток и грузовиков на газу, теперь ещё самолёты...

Боюсь этот самолет не "теперь", а "давно" )))) Так что не стоит переживать ))))

  • 1