Туполев Ту-155

Ту-155 — эксперимент, являющийся модификацией Ту-154. Этот самолет на водороде создан для испытаний СУ, которая действует на криотопливе. Разработка принадлежала Московскому машиностроительному заводу «Опыт», который в 1989 году был переименован в КБ им. Туполева.

История возникновения проекта

В семидесятых в связи с мировыми проблемами по добыче нефти и общим энергокризисом резко стоял вопрос поиска альтернативного топлива. В Советском Союзе развернули научно-исследовательскую программу с различными бюро и институтами, чтобы сделать водородное топливо частью промышленности. Пока одни институты пытались внедрить «криогенное» топливо в сельское хозяйство, другие работали над той же задачей авиастроительной промышленности, и этот проект получил название «Холод».

Проект Ту-155 появился на свет в 1988 году под началом главного конструктора В. А. Андреева. Цель проекта — создание летающей лаборатории для экспериментов с большим количеством криогенного топлива (см. фото).

Плюсов такого проекта было несколько. Перечислим 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.

 Самолет Ту-155 совершил свой первый тридцатиминутный полет в середине апреля того же года с заслуженным летчиком-испытателем СССР Севанькаевым на борту. Также на борту было еще два пилота и бортинженер-испытатель.

Как выяснилось, криогенное топливо оправдало ожидания. Помимо экологического фактора, стало ясно, что он втрое эффективнее по удельной способности, чем любое другое горючее топливо, используемое в то время, а также он подойдет для разных СУ.

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.

Топливо находилось в хвосте фюзеляжа, в баке с системой давления и объемом 18 м³. Жидкий водород как топливо использовали только год. После в ход пошел сжатый газ в доработанном двигателе НК-89. Эта СУ отрабатывалась для ВКС Ту-2000.

В дальнейшем ТРДД были сняты, а НК-88, разработанный под началом академика Н.Д. Кузнецова, оставили. Надо отметить, что Кузнецов уделил особое внимание при разработке двигателя на пожаробезопасность.

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

В чем отличия Ту-155 от Ту-154? Какие изменения были внесены в лайнер? Во-первых, в хвосте фюзеляжа был выделен изолированный отсек с теплозащитным баком под криогенное топливо температурой -253^оС. Во-вторых, экспериментальным путем создан криогенный топливный комплекс и его система управления, которая была значительно улучшена.

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

Все довольно прозаично. На аэродроме прикатывались два грузовых автомобиля. Один с азотом, второй — со сжиженным газом. Азотом продувалась вся топливная система, для необходимости создания нужной атмосферы, после чего заправщик заполнял бак криогенным топливом. В то время мир нуждался в замене нефтепродуктов, но нашлись и те, кто был против этого.

Модификации Ту-155

В дальнейшем планировалось три варианта использования самолета.

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

Криогенное топливо «за» и «против»

Как писалось выше, некоторые были против криогенного топлива. Ударившись в расчеты, они пытались доказать, что затраченные ресурсы на данный вид топливо невыгодны стране.

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?

Как улучшить эти прогнозы?! Во-первых, нужна более дешевая электроэнергия, а, значит, можно использовать и солнечную энергию! Во-вторых, это не единственный дешевый источник электроэнергии. Уже в то время был огромный технологический выбор.

Но остановимся на солнечной энергии более подробно. Даже после расщепления молекулы воды выхлоп водорода оказывался маловат, т. к. молекулы также быстро вступали в обратную реакцию, превращаясь в воду. В игру вступили армянские умы, объединив электролиз с фотолизом.

В пример полупроводники солнечных батарей. Электрический ток помогал разложить воду. Выхлоп опять же был невелик, и цифры не радовали. Получается, каждому аэродрому нужно было бы иметь какую-то огромную переоборудованную площадь по добыче сжиженного водорода. Страсти не утихали, поэтому обратились с данным вопросом к главному конструктору. На что тот ответил, что если бы все было столь печально, никто бы за это не взялся. Переоборудование аэропортов для использования нового топлива выйдет всего на 5% дороже летного часа, что легко окупится за год.

Летно-технические характеристики

Основные ТТХ «криогенного» самолета аналогичны базовому 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 м³.