Ту-155 В поисках альтернативного топлива

Ту-155 В поисках альтернативного топлива

Энергетический кризис, разразившийся в конце 70-х годов, привлек внимание к тому факту, что снабжение углеводородным топливом будет осуществляться не бесконечно. В связи с этим Советское Правительство обращается к промышленности за предложениями по поиску альтернативных видов авиационного топлива и разработке новых двигателей, способных на них эффективно работать.

Советские научно-исследовательские институты и конструкторские бюро сосредоточили свое внимание на двух потенциально возможных видах топлива – жидком водороде и сжиженном природном газе. Как известно, водород – наиболее широко распространенный на планете элемент, но использовать его в транспортных средствах можно или в жидком виде (для этого нужно охладить газ до предельно низких, т.н. криогенных температур), или при очень высоком давлении (в сжатом виде).

Конструкторское бюро АНТК им. Туполева и его опытный завод были наиболее готовы к решению этих задач. В течение длительного времени под руководством А.А. Туполева проводились серьезные научно-исследовательские работы по использованию криогенных газов для охлаждения при полетах на сверхзвуковых и гиперзвуковых скоростях; был изучен опыт применения криогенных жидкостей в ракетной технике; совместно Ленинградским институтом прикладной химии (руководитель академик А. Гидаспов, руководитель темы профессор Г. Потехин) и Академией наук СССР (руководитель академик В. Легасов) были разработаны программа, методы и средства для обеспечения безопасности полетов. Одновременно были развернуты работы под руководством академика Н.Д. Кузнецова (руководитель темы В.Н. Орлов) по созданию нового поколения двигателей на базе хорошо отработанного двигателя НК-8, способного работать в дальнейшем в многотопливном режиме (и на керосине, и на альтернативном топливе). Первый опытный двигатель, созданный и отработанный ОКБ Н. Кузнецова, получил название НК-88.

Одновременно в Жуковском на базе самолета Ту-154Б создавалась летающая лаборатория, которая получила обозначение Ту-155. Главным конструктором проекта был назначен В.А. Андреев. Справедливости ради отметим, что модификация штатных систем самолета проводилась под руководством А.С. Шенгардта.

При создании первого опытного самолета с альтернативным топливом были поставлены задачи получения достаточных материалов для последующего проектирования самолета с характеристиками, которые были бы не менее чем на 15% выше, чем у существующих самолетов. Предполагалось отработать технологические режимы заправки, обеспечения работы двигателя в полете, аварийного слива, аварийной остановки, длительного хранения криогенного топлива, отработать системы безопасности процедуры их исполнения. Все это накладывалось на необходимость выполнения общих требований безопасности полетов, которые должны выполняться на обычных самолетах.

Было принято решение строить летающую лабораторию с использованием принципа максимальной безопасности. Два двигателя НК-8-2У должны были продолжать работать на керосине, что обеспечивало выполнение и завершение автономного полета на всех режимах. Третий двигатель (правая мотогондола) НК-88 работал на альтернативном топливе. В задней части салона самолета был установлен криогенный бак с системами измерения, регулирования наддува, дренажа емкостью 30 кубических метров. Эта часть салона герметической перегородкой отделялась от основной пассажирской кабины.

Многофункциональный характер работы и желание провести натурные работы с жидким водородом, имеющим рабочую температуру в баке, близкую к абсолютному нулю и особо опасные характеристики по взрывоопасности ( вспомним из школьный программы опыты с гремучим газом), заставили конструкторов установить на самолете гелиевые системы, так как только гелий остается в газообразном состоянии при температурах жидкого водорода. Для обеспечения безопасности был предусмотрен также запас азота.

После установки криогенного бака в фюзеляж самолета Ту-155. Руководители работ и рабочие. 2 декабря 1985 года

Самолетные требования по весу, энергопотреблению и безопасности не позволили конструкторам использовать промышленные образцы, по всем направлениям были выполнены очень интересные конструкторские разработки.

Одновременно решалась самая сложная часть этой задачи – создание наземной инфраструктуры, способной обеспечить массовое применение альтернативного топлива.

В Жуковском под руководством В. Климова и В. Борисова была создан опытный заправочный комплекс. Комплекс включал систему заправки, системы аварийного слива, системы безопасности и системы управления из специального бункера. Топливо доставлялось заправщиками. На первом этапе работ из- за их высокой опасности было предусмотрено управление самолетными системами из бункера.

Самолет Ту-155 внешне незначительно отличался от серийного самолета Ту-154.

На верхней части стабилизатора был установлен вертикальный пилон для размещения системы дренажа. Заметно отличался внешне двигатель НК-88, на котором были размещены коробка агрегатов и система перевода жидкого продукта в газообразный. По правому борту был размещен трубопровод аварийного слива альтернативного топлива.

К марту 1998 года производством Жуковской базы (руководитель работ В. Антамохин) самолет был построен. Начались сложные наземные отработки. При этом по многим причинам было принято решение первый этап испытаний проводить на жидком водороде.

18 апреля 1988 самолет Ту-155 выполняет свой первый полет с двигателем НК-88, работающим на жидком водороде. Самолет пилотировал экипаж в составе В. Севанькаева (командир), А. Талалакина (второй пилот), А. Криулина (бортинженер штатных систем), Ю. Кремлева (бортинженер опытных систем), В. Архипова (ведущего инженера по экспериментам). В дальнейшем в короткий период была выполнена программа первого этапа, состоящая из пяти полетов, в процессе которых самолет, двигатель и все системы были проверены в основных и аварийных режимах в пределах разрешенной области полетов до скоростей 900 км/час. В процессе испытаний была определена область устойчивого запуска двигателя в воздухе, проверен аварийный слив, многократно имитировались отказы.

К сентябрю 1988 года АНТК им. Туполева выполнил очень важную работу и согласовал с «Газпромом» стандарт на новое авиационное топливо в России – сжиженный природный газ, и испытатели приступили ко второму этапу работ.

Природный газ широко применяется и подается по трубопроводам из районов добычи во многие города и аэропорты. Значительная часть необходимой инфраструктуры для промышленного и бытового применения, а также для использования на транспорте уже существует. В конце 80-х годов советские ученые считали, что известные запасы природного газа составляли более 610 миллионов тонн, что на порядок больше разведанных запасов углеводородных топлив. Половина запасов газа находилось на территории Советского Союза. Даже если считать, что запасы природного газа не бесконечны, это вид топлива может служить на 100 лет больше широко применяемых сейчас углеводородных топлив.

Опыт работы с жидким водородом существенно облегчил испытания на сжиженном природном газе. Оказалось, что доработки двигателя для работы на газе незначительны. Пришлось установить новые и дополнительные насосы для подкачки топлива. Одновременно удалось значительно упростить технологию заправок и подготовки самолета к вылету. Были демонтированы гелиевые системы, существенно упрощены системы безопасности. Теперь все работы по управлению системами выполнялись только из кабины экипажа самолета Ту-155.

После первого вылета самолета Ту-155 на водороде. Слева направо: Главный конструктор В. Андреев, главный конструктор двигателя В. Орлов, члены экипажа: А. Криулин, В. Кремлев, В. Архипов, начальник Жуковской летно-испытательной базы В. Климов, командир корабля В. Севанькаев

18 января 1989 года состоялся первый в мире полет самолета с использованием сжиженного природного газа в качестве топлива. В дальнейшем по программе было выполнено более 80 полетов. Поведение самолета, двигателей и всех систем проверено на высотах до 13 000 метров и до скоростей полета 950 км/час .

Отработанные приемы эксплуатации позволили продемонстрировать самолет на трех аэрокосмических выставках: в Ницце в октябре 1989 года, Ганновере (июнь 1990 года) и Берлине (июль 1991 года). При этом для заправок использовались стандартные западные заправщики.

На всех выставках самолет привлекал огромное внимание как специалистов, так и публики.

В 1993 году на базе накопленного опыта были начаты работы по созданию серийного самолета Ту-156, способного использовать и криогенное топливо и керосин.

До 1996 года были разработаны чертежи и переданы на самарский завод «Авиакор».

Однако, учитывая колоссальные политические и финансовые трудности, которые выпали на долю России в эти годы, трудно сейчас сказать, получит эта программа продолжение или нет.