เครื่องยนต์ไครโอเจนิกส์ มอเตอร์ไฟฟ้าไครโอเจนิกส์ทำงานอย่างไร

เครื่องยนต์ได้รับการออกแบบสำหรับใช้กับเครื่องบินที่ใช้เชื้อเพลิงไครโอเจนิก สำหรับการขนส่งภาคพื้นดินความเร็วสูง ในระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าของเรือเดินทะเล พื้นที่และอุปกรณ์แช่แข็งทางอุตสาหกรรมทั่วไปเพื่อขับเคลื่อนปั๊มไครโอเจนิกส์ คอมเพรสเซอร์ตามแนวแกน "เย็น" ฯลฯ

องค์ประกอบเซรามิกตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง (HTSC) ที่มีอิตเทรียมหรือบิสมัทใช้เป็นวัสดุแอคทีฟของโรเตอร์

ข้อได้เปรียบหลัก

มอเตอร์ตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงหลายประเภทที่ทำงานในไนโตรเจนเหลวมีกำลังเอาท์พุตจำเพาะสูงกว่ามอเตอร์ไฟฟ้าทั่วไปถึง 3-4 เท่า

ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2548 MAI ได้พัฒนามอเตอร์ไฟฟ้าที่มีไดนามิกสูงสำหรับการขับเคลื่อนปั๊มแช่แข็งสำหรับพลังงานไฮโดรเจน และระบบรองรับการแช่แข็งสำหรับสายไฟ SP จากการทดลองแสดงให้เห็นว่ามอเตอร์ไดนามิกสูงที่มีแม่เหล็กถาวรและส่วนประกอบ HTSC จำนวนมากมีกำลังเอาท์พุตสูงกว่ามอเตอร์ซิงโครนัสทั่วไป 1.3-1.5 เท่า ภายใต้สภาวะการทำความเย็นเดียวกันในสภาพแวดล้อมไนโตรเจนเหลว

ในปี 2550 ที่สถาบันการบินมอสโกร่วมกับ OJSC NPO Energomash ตั้งชื่อตาม AK. V.P. Glushko" และ JSC "AKB Yakor" ได้สร้างและทดสอบต้นแบบทางอุตสาหกรรมของปั๊มแช่แข็งที่มีระบบขับเคลื่อนไฟฟ้า HTSC สำหรับระบบเก็บรักษาด้วยความเย็นสำหรับสายไฟ SP

การพัฒนาและทดสอบเครื่องยนต์กำลังไม่เกิน 100 กิโลวัตต์ เสร็จสิ้นแล้ว มอเตอร์ที่มีกำลังสูงถึง 500 กิโลวัตต์อยู่ระหว่างการพัฒนา

ความแปลกใหม่ของโซลูชั่นที่นำเสนอได้รับการคุ้มครองโดยสิทธิบัตรเจ็ดรายการสำหรับการประดิษฐ์

การวิจัยดำเนินการภายใต้กรอบของโครงการร่วมเยอรมัน - รัสเซียที่รวม MAI (มอสโก) VNIINM im A. A. Bochvara (มอสโก), ​​VEI (มอสโก), ​​ISSP RAS (หมู่บ้าน Chernogolovka, ภูมิภาคมอสโก), ​​IPHT (Jena, Deutschland), Oswald Elektromeotoren GmbH (Miltenberg, Deutschland), IEMA (Stuttgart, Deutschland), IFW ( Dresden, Deutschland) รวมถึงภายใต้โครงการ “วิทยาศาสตร์เพื่อสันติภาพ” ระหว่าง MAI และ University of Oxford (UK)

ลักษณะทางเทคนิคหลัก

• มอเตอร์ไฟฟ้าประเภทฮิสเทรีซิส

• มอเตอร์ไฟฟ้าชนิดปฏิกิริยา

เครื่องยนต์จรวดเหลวคือเครื่องยนต์ที่ใช้ก๊าซเหลวและของเหลวเคมีเป็นเชื้อเพลิง เครื่องยนต์จรวดเหลวแบ่งออกเป็นองค์ประกอบหนึ่ง สอง และสาม ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับจำนวนส่วนประกอบ

ประวัติโดยย่อของการพัฒนา

นับเป็นครั้งแรกที่มีการเสนอการใช้ไฮโดรเจนเหลวและออกซิเจนเป็นเชื้อเพลิงสำหรับจรวดโดย K.E. Tsiolkovsky ในปี 1903 ต้นแบบแรกของเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวถูกสร้างขึ้นโดยชาวอเมริกัน Robert Howard ในปี 1926 ต่อมามีการพัฒนาที่คล้ายกันในสหภาพโซเวียต สหรัฐอเมริกา และเยอรมนี นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันประสบความสำเร็จสูงสุด ได้แก่ Thiel, Walter, von Braun ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 2 พวกเขาได้สร้างเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนของเหลวทั้งกลุ่มเพื่อวัตถุประสงค์ทางการทหาร มีความเห็นว่าหาก Reich สร้าง V-2 ก่อนหน้านี้ พวกเขาคงจะชนะสงครามไปแล้ว ต่อมา สงครามเย็นและการแข่งขันทางอาวุธกลายเป็นตัวเร่งให้เกิดการพัฒนาเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวเพื่อใช้ในโครงการอวกาศ ด้วยความช่วยเหลือของ RD-108 ดาวเทียมโลกเทียมดวงแรกจึงถูกปล่อยขึ้นสู่วงโคจร

ปัจจุบัน เครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวถูกนำมาใช้ในโครงการอวกาศและอาวุธปล่อยนำวิถีหนัก

ขอบเขตการใช้งาน

ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวถูกใช้เป็นเครื่องยนต์สำหรับยานอวกาศและยานปล่อยจรวดเป็นหลัก ข้อดีหลักของเครื่องยนต์จรวดเหลวคือ:

• แรงกระตุ้นเฉพาะสูงสุดในชั้นเรียน
• ความสามารถในการหยุดเต็มและรีสตาร์ทพร้อมกับระบบควบคุมการยึดเกาะถนนช่วยเพิ่มความคล่องตัว
• น้ำหนักของห้องเชื้อเพลิงลดลงอย่างเห็นได้ชัดเมื่อเทียบกับเครื่องยนต์เชื้อเพลิงแข็ง

ข้อเสียของเครื่องยนต์จรวดเหลว:

• อุปกรณ์ที่ซับซ้อนมากขึ้นและต้นทุนสูง
• ข้อกำหนดที่เพิ่มขึ้นสำหรับการขนส่งที่ปลอดภัย
• ในสภาวะไร้น้ำหนักจำเป็นต้องใช้เครื่องยนต์เพิ่มเติมเพื่อชำระเชื้อเพลิง

อย่างไรก็ตาม ข้อเสียเปรียบหลักของเครื่องยนต์จรวดเหลวคือการจำกัดความสามารถด้านพลังงานของเชื้อเพลิง ซึ่งจำกัดการสำรวจอวกาศด้วยความช่วยเหลือจากระยะห่างระหว่างดาวศุกร์และดาวอังคาร

อุปกรณ์และหลักการทำงาน

หลักการทำงานของเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนของเหลวนั้นเหมือนกัน แต่ทำได้โดยใช้วงจรอุปกรณ์ที่แตกต่างกัน การใช้ปั๊ม เชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์จะถูกส่งจากถังต่างๆ ไปยังหัวหัวฉีด จากนั้นสูบเข้าไปในห้องเผาไหม้และผสมกัน หลังจากการเผาไหม้ภายใต้ความกดดัน พลังงานภายในของเชื้อเพลิงจะเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์และไหลออกผ่านหัวฉีด ทำให้เกิดแรงผลักดันของไอพ่น

ระบบเชื้อเพลิงประกอบด้วยถังน้ำมันเชื้อเพลิง ท่อ และปั๊ม พร้อมกังหันสำหรับสูบน้ำมันเชื้อเพลิงจากถังเข้าสู่ท่อและวาล์วควบคุม

การจ่ายเชื้อเพลิงจากการสูบจะสร้างแรงดันสูงในห้องและเป็นผลให้มีการขยายตัวของของไหลทำงานมากขึ้นเนื่องจากได้ค่าสูงสุดของแรงกระตุ้นเฉพาะ

หัวฉีด - บล็อกหัวฉีดสำหรับฉีดส่วนประกอบเชื้อเพลิงเข้าไปในห้องเผาไหม้ ข้อกำหนดหลักสำหรับหัวฉีดคือการผสมคุณภาพสูงและความเร็วในการจ่ายเชื้อเพลิงเข้าสู่ห้องเผาไหม้

ระบบทำความเย็น

แม้ว่าสัดส่วนการถ่ายเทความร้อนจากโครงสร้างในระหว่างกระบวนการเผาไหม้ไม่มีนัยสำคัญ แต่ปัญหาการระบายความร้อนก็มีความเกี่ยวข้องเนื่องจากอุณหภูมิการเผาไหม้สูง (>3000 K) และคุกคามการทำลายความร้อนของเครื่องยนต์ การระบายความร้อนที่ผนังห้องมีหลายประเภท:

การทำความเย็นแบบรีเจนเนอเรชั่นจะขึ้นอยู่กับการสร้างช่องในผนังของห้องเพาะเลี้ยง ซึ่งเชื้อเพลิงจะไหลผ่านโดยไม่ใช้ตัวออกซิไดเซอร์ ทำให้ผนังห้องเย็นลง และความร้อนพร้อมกับสารหล่อเย็น (เชื้อเพลิง) จะถูกส่งกลับไปยังห้องเพาะเลี้ยง

ชั้นผนังเป็นชั้นของก๊าซที่สร้างขึ้นจากไอน้ำมันเชื้อเพลิงใกล้กับผนังห้อง ผลกระทบนี้เกิดขึ้นได้โดยการติดตั้งหัวฉีดรอบๆ หัวจ่ายเชื้อเพลิงเท่านั้น ดังนั้นส่วนผสมที่ติดไฟได้จึงขาดตัวออกซิไดเซอร์ และการเผาไหม้ที่ผนังจะไม่รุนแรงเท่ากับบริเวณใจกลางห้อง อุณหภูมิของชั้นผนังจะป้องกันอุณหภูมิสูงที่อยู่ตรงกลางห้องจากผนังห้องเผาไหม้

วิธีการระเหยในการระบายความร้อนของเครื่องยนต์จรวดเหลวนั้นดำเนินการโดยการเคลือบป้องกันความร้อนแบบพิเศษกับผนังของห้องและหัวฉีด ที่อุณหภูมิสูง สารเคลือบจะเปลี่ยนจากสถานะของแข็งไปเป็นสถานะก๊าซ โดยดูดซับความร้อนได้ในสัดส่วนที่สูง วิธีการทำความเย็นเครื่องยนต์จรวดเหลวนี้ใช้ในโครงการ Apollo Lunar

การเปิดตัวเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวถือเป็นการดำเนินการที่สำคัญมากในแง่ของอันตรายจากการระเบิดในกรณีที่เกิดความล้มเหลวในการปฏิบัติงาน มีส่วนประกอบที่ติดไฟได้เองซึ่งไม่มีปัญหา แต่เมื่อใช้ตัวเริ่มต้นภายนอกในการจุดระเบิดจำเป็นต้องมีการประสานการจ่ายกับส่วนประกอบเชื้อเพลิงอย่างสมบูรณ์แบบ การสะสมของเชื้อเพลิงที่ไม่เผาไหม้ในห้องมีแรงระเบิดทำลายล้างและสัญญาว่าจะส่งผลร้ายแรง

การปล่อยเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวขนาดใหญ่เกิดขึ้นในหลายขั้นตอน ตามมาด้วยการเข้าถึงกำลังสูงสุด ในขณะที่เครื่องยนต์ขนาดเล็กจะเปิดตัวโดยสามารถเข้าถึงพลังงานหนึ่งร้อยเปอร์เซ็นต์ได้ทันที

ระบบควบคุมอัตโนมัติสำหรับเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวมีลักษณะเฉพาะคือการสตาร์ทเครื่องยนต์อย่างปลอดภัยและการเข้าสู่โหมดหลัก การควบคุมการทำงานที่เสถียร การปรับแรงขับตามแผนการบิน การปรับวัสดุสิ้นเปลือง และการปิดเครื่องเมื่อถึงจุดที่กำหนด วิถี เนื่องจากปัจจัยที่ไม่สามารถคำนวณได้ เครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวจึงมีการจ่ายเชื้อเพลิงที่รับประกัน เพื่อให้จรวดสามารถเข้าสู่วงโคจรที่กำหนดได้ในกรณีที่มีการเบี่ยงเบนในโปรแกรม

ส่วนประกอบของจรวดขับดันและการเลือกในระหว่างขั้นตอนการออกแบบมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการออกแบบเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลว จากนี้จะมีการกำหนดเงื่อนไขของเทคโนโลยีการจัดเก็บการขนส่งและการผลิต ตัวบ่งชี้ที่สำคัญที่สุดของการรวมกันของส่วนประกอบคือแรงกระตุ้นเฉพาะซึ่งขึ้นอยู่กับการกระจายเปอร์เซ็นต์ของเชื้อเพลิงและมวลสินค้า ขนาดและมวลของจรวดคำนวณโดยใช้สูตร Tsiolkovsky นอกเหนือจากแรงกระตุ้นเฉพาะแล้ว ความหนาแน่นยังส่งผลต่อขนาดของถังที่มีส่วนประกอบเชื้อเพลิง จุดเดือดสามารถจำกัดสภาพการทำงานของจรวด ความก้าวร้าวทางเคมีเป็นลักษณะของตัวออกซิไดเซอร์ทั้งหมด และหากถังไม่ได้ทำงานตามกฎก็สามารถ ทำให้เกิดไฟไหม้ถัง ความเป็นพิษของสารประกอบเชื้อเพลิงบางชนิดอาจก่อให้เกิดอันตรายร้ายแรงต่อบรรยากาศและสิ่งแวดล้อม ดังนั้นแม้ว่าฟลูออรีนจะเป็นตัวออกซิไดซ์ได้ดีกว่าออกซิเจน แต่ก็ไม่ได้ใช้เนื่องจากความเป็นพิษ

เครื่องยนต์จรวดเหลวส่วนประกอบเดียวใช้ของเหลวเป็นเชื้อเพลิง ซึ่งเมื่อทำปฏิกิริยากับตัวเร่งปฏิกิริยา จะสลายตัวเมื่อปล่อยก๊าซร้อนออกมา ข้อได้เปรียบหลักของเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงขับเดี่ยวคือความเรียบง่ายของการออกแบบ และแม้ว่าแรงกระตุ้นเฉพาะของเครื่องยนต์ดังกล่าวจะมีขนาดเล็ก แต่ก็เหมาะอย่างยิ่งสำหรับเป็นเครื่องยนต์แรงขับต่ำสำหรับการวางแนวและเสถียรภาพของยานอวกาศ เครื่องยนต์เหล่านี้ใช้ระบบจ่ายเชื้อเพลิงแบบดิสเพลสเมนต์ และเนื่องจากอุณหภูมิกระบวนการต่ำ จึงไม่จำเป็นต้องมีระบบทำความเย็น เครื่องยนต์แบบส่วนประกอบเดียวยังรวมถึงเครื่องยนต์แก๊สเจ็ท ซึ่งใช้ในสภาวะที่ไม่สามารถยอมรับการปล่อยความร้อนและสารเคมีได้

ในช่วงต้นทศวรรษที่ 70 สหรัฐอเมริกาและสหภาพโซเวียตกำลังพัฒนาเครื่องยนต์จรวดเหลวสามองค์ประกอบซึ่งจะใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนและไฮโดรคาร์บอนเป็นเชื้อเพลิง วิธีนี้จะทำให้เครื่องยนต์ทำงานโดยใช้น้ำมันก๊าดและออกซิเจนเมื่อสตาร์ทเครื่อง และเปลี่ยนเป็นไฮโดรเจนเหลวและออกซิเจนที่ระดับความสูงสูง ตัวอย่างของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนของเหลวสามองค์ประกอบในรัสเซียคือ RD-701

การควบคุมจรวดถูกใช้ครั้งแรกในจรวด V-2 โดยใช้หางเสือไดนามิกแก๊สกราไฟต์ แต่แรงขับของเครื่องยนต์ลดลง และจรวดสมัยใหม่ใช้กล้องหมุนที่ติดอยู่กับลำตัวพร้อมบานพับ ทำให้เกิดความคล่องตัวในเครื่องบินหนึ่งหรือสองลำ นอกจากกล้องที่หมุนได้แล้วยังใช้มอเตอร์ควบคุมซึ่งได้รับการแก้ไขด้วยหัวฉีดในทิศทางตรงกันข้ามและจะเปิดเมื่อจำเป็นต้องควบคุมอุปกรณ์ในอวกาศ

เครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวแบบวงจรปิดเป็นเครื่องยนต์ที่ส่วนประกอบหนึ่งถูกทำให้เป็นแก๊สเมื่อเผาที่อุณหภูมิต่ำโดยมีชิ้นส่วนเล็กๆ ของส่วนประกอบอื่นๆ ส่งผลให้ก๊าซทำหน้าที่เป็นของเหลวในการทำงานของกังหัน และจากนั้น จะถูกป้อนเข้าไปในห้องเผาไหม้ ซึ่งจะเผาไหม้พร้อมกับส่วนที่เหลือของส่วนประกอบเชื้อเพลิง และสร้างแรงขับของไอพ่น ข้อเสียเปรียบหลักของโครงการนี้คือความซับซ้อนของการออกแบบ แต่ในขณะเดียวกันแรงกระตุ้นเฉพาะก็เพิ่มขึ้น

โอกาสในการเพิ่มพลังของเครื่องยนต์จรวดเหลว

ในโรงเรียนรัสเซียของผู้สร้างเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนของเหลวซึ่งเป็นผู้นำของนักวิชาการ Glushko มาเป็นเวลานานพวกเขามุ่งมั่นเพื่อการใช้พลังงานเชื้อเพลิงให้เกิดประโยชน์สูงสุดและด้วยเหตุนี้จึงมีแรงกระตุ้นเฉพาะสูงสุดที่เป็นไปได้ เนื่องจากสามารถรับแรงกระตุ้นจำเพาะสูงสุดได้โดยการเพิ่มการขยายตัวของผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ในหัวฉีดเท่านั้น การพัฒนาทั้งหมดจึงดำเนินการเพื่อค้นหาส่วนผสมเชื้อเพลิงในอุดมคติ

เราทุกคนรู้ดีว่ารากฐานประการหนึ่งของชีวิตทางวัตถุของมนุษยชาติยุคใหม่คือน้ำมันและก๊าซแร่ที่รู้จักกันดี ไฮโดรคาร์บอนที่มีความสุขมีอยู่ไม่ทางใดก็ทางหนึ่งในทุกด้านของชีวิตของเราและสิ่งแรกที่เข้ามาในใจของบุคคลใด ๆ ก็คือเชื้อเพลิง ได้แก่น้ำมันเบนซิน น้ำมันก๊าด และก๊าซธรรมชาติที่ใช้ในระบบพลังงานต่างๆ (รวมถึงเครื่องยนต์ของยานพาหนะ)

มีรถยนต์กี่คันบนถนนของโลกและเครื่องบินในอากาศที่เผาไหม้ในเครื่องยนต์... จำนวนพวกมันมหาศาลและปริมาณเชื้อเพลิงที่บินได้ดังนั้นพูดแล้วลงท่อระบายน้ำก็มีขนาดใหญ่พอ ๆ กัน (และในเวลาเดียวกันก็พยายาม มีส่วนช่วยในการเป็นพิษต่อบรรยากาศ :-)) อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้ไม่มีที่สิ้นสุด ปริมาณสำรองน้ำมันซึ่งเป็นแหล่งผลิตเชื้อเพลิงส่วนใหญ่ของโลก (แม้ว่าจะค่อยๆ สูญเสียก๊าซธรรมชาติไปทีละน้อย) ก็กำลังลดลงอย่างรวดเร็ว มันมีราคาแพงขึ้นอย่างต่อเนื่องและมีปัญหาการขาดแคลนเพิ่มมากขึ้น

สถานการณ์นี้บีบให้นักวิจัยและนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกต้องมองหาแหล่งเชื้อเพลิงอื่น รวมถึงการบินด้วย มาระยะหนึ่งแล้ว กิจกรรมหนึ่งคือการพัฒนาการใช้เครื่องบิน เชื้อเพลิงแช่แข็ง.

ไครโอเจนิคหมายถึง " เกิดจากความหนาวเย็น" และเชื้อเพลิงในกรณีนี้คือก๊าซเหลวซึ่งเก็บไว้ที่อุณหภูมิต่ำมาก ก๊าซชนิดแรกที่ดึงดูดความสนใจของนักพัฒนาในเรื่องนี้คือไฮโดรเจน ก๊าซนี้มีค่าความร้อนมากกว่าน้ำมันก๊าดสามเท่า และยิ่งไปกว่านั้น เมื่อใช้ในเครื่องยนต์ น้ำและไนโตรเจนออกไซด์จำนวนน้อยมากจะถูกปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศ นั่นคือมันไม่เป็นอันตรายต่อบรรยากาศ

เครื่องบิน TU-154B-2

ในช่วงกลางทศวรรษที่ 80 ของศตวรรษที่ผ่านมา สำนักออกแบบของ A.N. Tupolev เริ่มสร้างเครื่องบินที่ใช้ไฮโดรเจนเหลวเป็นเชื้อเพลิง ได้รับการพัฒนาบนพื้นฐานของอนุกรม TU-154B โดยใช้เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ท NK-88 เครื่องยนต์นี้ถูกสร้างขึ้นในอาคารเครื่องยนต์ สำนักออกแบบตั้งชื่อตาม คุซเนตโซวา(Samara) อีกครั้งโดยใช้เครื่องยนต์อนุกรมสำหรับ Tu-154 NK-8-2 และตั้งใจที่จะใช้ไฮโดรเจนหรือก๊าซธรรมชาติ ต้องบอกว่ามีการทำงานในหัวข้อใหม่ ๆ ในสำนักนี้มาตั้งแต่ปี 2511

มีเครื่องบิน Tu-155 ลำเดียวกันอยู่ในห้องเก็บ... น่าเสียดายที่ห้องเก็บขยะน่ารังเกียจ:-(.

เครื่องบินลำใหม่ขับเคลื่อนโดย เชื้อเพลิงแช่แข็งได้รับชื่อ TU-155 อย่างไรก็ตามทุกอย่างไม่ง่ายนัก ความจริงก็คือไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงที่เป็นอันตราย เป็นสารไวไฟและระเบิดได้อย่างยิ่ง มีความสามารถในการเจาะทะลุได้เป็นพิเศษ และสามารถจัดเก็บและขนส่งได้ในสถานะของเหลวที่อุณหภูมิต่ำมากใกล้กับศูนย์สัมบูรณ์ (-273 องศาเซลเซียส) คุณลักษณะของไฮโดรเจนเหล่านี้ก่อให้เกิดปัญหาใหญ่ทีเดียว

ดังนั้น TU-155 จึงเป็นห้องปฏิบัติการการบินสำหรับการวิจัยและแก้ไขปัญหาที่มีอยู่ และเครื่องบินฐานในระหว่างการสร้างได้รับการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ แทนที่จะเป็นเครื่องยนต์ที่ถูกต้อง NK-8-2 มีการติดตั้ง cryogenic NK-88 ใหม่ (อีกสองตัวยังคงเป็นของเดิม :-)) รถถังพิเศษสำหรับ เชื้อเพลิงแช่แข็ง,ไฮโดรเจนเหลว ปริมาตร 20 ลูกบาศก์เมตร ด้วยการเสริมแรง หน้าจอสูญญากาศฉนวนที่สามารถเก็บไฮโดรเจนได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่าลบ 253 องศาเซลเซียส มันถูกจ่ายให้กับเครื่องยนต์ที่มีความพิเศษ หน่วยเทอร์โบปั๊มเหมือนอยู่บนจรวด

เครื่องยนต์ NK-88. หน่วยเทอร์โบปั๊มขนาดใหญ่มองเห็นได้ที่ด้านบนของเครื่องยนต์

เนื่องจากมีความเสี่ยงสูงที่จะเกิดการระเบิด จึงจำเป็นต้องถอดอุปกรณ์ไฟฟ้าเกือบทั้งหมดออกจากห้องพร้อมถังเชื้อเพลิงเพื่อขจัดความเป็นไปได้ที่จะเกิดประกายไฟแม้แต่น้อย และทั้งห้องก็ถูกกำจัดด้วยไนโตรเจนหรืออากาศอย่างต่อเนื่อง เพื่อควบคุมหน่วยโรงไฟฟ้า จึงได้สร้างระบบควบคุมฮีเลียมพิเศษขึ้น นอกจากนี้ ไอไฮโดรเจนจากถังจะต้องถูกเบี่ยงเบนออกไปจากเครื่องยนต์เพื่อหลีกเลี่ยงการจุดระเบิด เพื่อจุดประสงค์นี้จึงมีการสร้างระบบระบายน้ำ บนเครื่องบิน จะมองเห็นส่วนโค้งของมันอย่างชัดเจนที่ส่วนหลังของลำตัว (โดยเฉพาะบนครีบ)

แผนผังเค้าโครงของ TU-155 สีน้ำเงิน - ถังน้ำมันเชื้อเพลิง ในช่องด้านหน้ามีอุปกรณ์รองรับ สีแดง - เครื่องยนต์แช่แข็ง

โดยรวมแล้ว มีการสร้างและใช้งานระบบเครื่องบินใหม่มากกว่า 30 ระบบ โดยทั่วไปแล้วทำได้ดีมาก :-) แต่พวกเขายังต้องการอุปกรณ์ภาคพื้นดินที่ไม่ซับซ้อนในการเติมเชื้อเพลิงและจัดเก็บอีกด้วย จริงอยู่ในขณะนั้นการพัฒนาระบบ Buran ดำเนินไปอย่างเต็มกำลังบนยานปล่อยซึ่งหนึ่งในส่วนประกอบเชื้อเพลิงคือไฮโดรเจนเหลว ดังนั้นจึงเชื่อกันว่าทุกอย่างจะวางอยู่บนพื้นฐานทางอุตสาหกรรมและจะไม่มีการขาดแคลนเชื้อเพลิง แต่ฉันคิดว่าทุกคนเข้าใจว่าเชื้อเพลิงแช่แข็งในระบบดังกล่าวกลายเป็น "ทองคำ" ในราคา และนั่นหมายความว่าการใช้ไฮโดรเจนเหลวในเชิงพาณิชย์ไม่น่าจะเป็นไปได้ในอนาคตอันใกล้นี้ ดังนั้นถึงแม้ในขณะนั้นก็มีการเตรียมการสำหรับการเปลี่ยนไปใช้ประเภทอื่น เชื้อเพลิงแช่แข็ง – ก๊าซธรรมชาติเหลว(แอลเอ็นจี)

อย่างไรก็ตาม การบินครั้งแรกของ TU-155 โดยใช้ไฮโดรเจนเหลวเกิดขึ้นเมื่อวันที่ 15 เมษายน พ.ศ. 2531 นอกจากนี้ยังมีเที่ยวบินดังกล่าวอีก 4 เที่ยวบิน หลังจากนั้น TU-155 ได้รับการแก้ไขสำหรับเที่ยวบินที่ใช้ก๊าซธรรมชาติเหลว (LNG)

เมื่อเปรียบเทียบกับไฮโดรเจนแล้ว เชื้อเพลิงประเภทนี้มีราคาถูกกว่าและเข้าถึงได้ง่ายกว่ามาก นอกจากนี้ยังมีราคาถูกกว่าน้ำมันก๊าดหลายเท่าอีกด้วย ค่าความร้อนสูงกว่าน้ำมันก๊าด 15% นอกจากนี้ยังก่อให้เกิดมลภาวะต่อบรรยากาศเพียงเล็กน้อยและสามารถเก็บไว้ได้ที่อุณหภูมิลบ 160 องศา ซึ่งสูงกว่าไฮโดรเจนถึง 100 องศา นอกจากนี้ เมื่อเปรียบเทียบกับไฮโดรเจนแล้ว LNG ยังมีอันตรายจากไฟไหม้น้อยกว่า (แม้ว่าแน่นอนว่าอันตรายดังกล่าวยังคงมีอยู่) และมีประสบการณ์เพียงพอในการดูแลรักษาให้อยู่ในสภาพที่ปลอดภัย โดยทั่วไปการจัดการจ่ายก๊าซ (LNG) ไปยังสนามบินก็ไม่ใช่เรื่องยากเช่นกัน สนามบินหลักเกือบทุกแห่งมีท่อส่งก๊าซ โดยทั่วไปมีข้อดีเพียงพอ :-)

เที่ยวบินแรกของ TU-155 ได้ใช้งานแล้ว เชื้อเพลิงแช่แข็งก๊าซธรรมชาติเหลวเกิดขึ้นในเดือนมกราคม พ.ศ. 2532 (วิดีโอด้านล่างพูดถึงเรื่องนี้) มีเที่ยวบินดังกล่าวอีกประมาณ 90 เที่ยวบิน ทั้งหมดนี้แสดงให้เห็นว่าการใช้เชื้อเพลิงลดลงเกือบ 15% เมื่อเทียบกับน้ำมันก๊าดนั่นคือเครื่องบินจะประหยัดและให้ผลกำไรมากขึ้น

ตอนนี้เกี่ยวกับโอกาสเล็กน้อย... ในช่วงปลายทศวรรษที่ 90 ผู้จัดการหลักของคลังก๊าซรัสเซีย Gazprom ได้ริเริ่มที่จะสร้างเครื่องบินบรรทุกสินค้าและผู้โดยสารในตอนแรกจากนั้นเป็นเพียงเครื่องบินโดยสารที่สามารถวิ่งได้ทั้งหมด แอลเอ็นจี เครื่องบินลำนี้มีชื่อว่า TU-156 และถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของ TU-155 ที่มีอยู่ มีการติดตั้งเครื่องยนต์ NK-89 ใหม่สามเครื่อง สิ่งเหล่านี้คล้ายกับ NK-88 แต่มีระบบเชื้อเพลิงอิสระสองระบบ: ระบบหนึ่งสำหรับและอีกระบบหนึ่งสำหรับ เชื้อเพลิงแช่แข็ง(แอลเอ็นจี) สิ่งนี้สะดวกในแง่ที่ว่าไม่ใช่ทุกที่ที่มีความเป็นไปได้ที่จะเติมเชื้อเพลิงด้วยแก๊ส และเครื่องบินก็สามารถเปลี่ยนจากระบบไฟฟ้าหนึ่งไปอีกระบบหนึ่งได้ตามต้องการ ด้วยการใช้เทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้นนี้ใช้เวลาเพียงห้านาทีเท่านั้น NK-89 ยังมีเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนในพื้นที่หลังกังหัน ซึ่งก๊าซเหลวกลายเป็นสถานะก๊าซแล้วเข้าไปในห้องเผาไหม้

มีการวิจัยและคำนวณอย่างกว้างขวางเพื่อจัดเรียงช่องและตำแหน่งของถังเชื้อเพลิงใหม่ ภายในปี 2000 โรงงานการบิน Samara คาดว่าจะผลิต TU-156 จำนวน 3 ลำ และเริ่มการรับรองและดำเนินการทดลอง แต่... น่าเสียดายที่ยังไม่เสร็จสิ้น และอุปสรรคในการดำเนินการตามแผนนั้นเป็นเรื่องทางการเงินเท่านั้น

หลังจากนั้น ได้มีการพัฒนาโครงการเครื่องบินอีกหลายโครงการที่ใช้เชื้อเพลิงความเย็นจัด (LNG) เช่น TU-136 ที่มีเครื่องยนต์เทอร์โบพร็อบที่ทำงานด้วยทั้งน้ำมันก๊าดและก๊าซเหลว และ TU-206 ลำตัวกว้างที่ใช้เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทที่ทำงานด้วย LNG อย่างไรก็ตาม ในขณะนี้ โครงการทั้งหมดเหล่านี้ยังเป็นเพียงโครงการเท่านั้น

แบบจำลองเครื่องบิน Tu-136

โมเดลเครื่องบิน TU-206 (TU-204K)

เวลาจะบอกได้ว่าสิ่งต่างๆ จะเป็นอย่างไรในสาขาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีการบินนี้ ในขณะที่การสร้างเครื่องบินโดยใช้ เชื้อเพลิงแช่แข็งถูกขัดขวางด้วยสถานการณ์ต่างๆ ทั้งเชิงวัตถุประสงค์และเชิงอัตวิสัย ยังมีอีกหลายอย่างที่ต้องทำในการพัฒนาระบบเครื่องบินพิเศษ การพัฒนาโครงสร้างพื้นฐานภาคพื้นดิน ระบบการขนส่งและจัดเก็บเชื้อเพลิง แต่หัวข้อนี้มีแนวโน้มที่ดีอย่างยิ่ง (และในความคิดของฉันน่าสนใจมาก :-)) ไฮโดรเจนซึ่งมีความเข้มข้นของพลังงานมหาศาลและมีปริมาณสำรองที่ไม่มีวันหมดสิ้น ถือเป็นเชื้อเพลิงแห่งอนาคต เราสามารถพูดสิ่งนี้ได้อย่างมั่นใจ ขั้นตอนการเปลี่ยนผ่านคือการใช้ก๊าซธรรมชาติ

และก้าวสำคัญสู่อนาคตนี้เกิดขึ้นอย่างแม่นยำในรัสเซีย ฉันรู้สึกภูมิใจที่จะพูดสิ่งนี้อีกครั้ง :-) ไม่มีที่ไหนในโลกนี้และจนถึงทุกวันนี้ก็ยังไม่มีเครื่องบินที่คล้ายกับ TU-155 ของเรา ฉันอยากจะอ้างอิงคำพูดของคาร์ล บรูเออร์ วิศวกรการบินชื่อดังชาวอเมริกัน: “ รัสเซียประสบความสำเร็จในการบินซึ่งเทียบเท่ากับการบินของดาวเทียมโลกดวงแรก!»

นี่คือความจริงที่แท้จริง! ฉันแค่อยากให้สิ่งเหล่านี้ไหลไปตามกระแส (และชาวรัสเซียก็ทำได้ :-)) และกระแสนี้ต่อเนื่องกัน และไม่กระตุก อย่างที่มักเกิดขึ้นกับเรา...

ในปัจจุบัน อาหารแช่แข็งคือทุกสิ่งทุกอย่าง ตั้งแต่ผลไม้และไอศกรีมไปจนถึงเนื้อสัตว์ ทั้งหมดนี้สามารถแช่แข็งและนำไปใช้ในภายหลังตามวัตถุประสงค์ที่ต้องการได้ นั่นคือเหตุผลว่าทำไมจึงมีรถบรรทุกห้องเย็นที่ขนส่งผลิตภัณฑ์แช่แข็งหลายสิบตันมาหลายปีแล้ว

และแม้ว่าจะมีการใช้รถบรรทุกประเภทนี้บ่อยครั้ง แต่ก็ยังไม่มีทางเลือกที่จะทำให้ "ม้า" เหล่านี้ใช้เชื้อเพลิงน้อยลง แต่พวกมันกินมันมาก มากกว่ารถบรรทุกทั่วไปที่มีขีดความสามารถเท่ากันถึง 25%

ไม่ แน่นอนว่ามีคอมเพรสเซอร์ที่หมุนด้วยความช่วยเหลือของเครื่องยนต์สันดาปภายใน ส่วนคนอื่นๆ เข้าถึงปัญหาจากด้านข้างของการทำงานของคอมเพรสเซอร์ด้วยความช่วยเหลือของมอเตอร์ไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนโดยเครือข่ายออนบอร์ดของยานพาหนะ แต่เป็นทางเดียว หรืออย่างอื่น ไม่มีทางเลือกใดที่จะลดการใช้เชื้อเพลิง และปล่อยมลพิษที่เป็นอันตรายจำนวนมากออกสู่สิ่งแวดล้อมในที่สุด

นี่เป็นกรณีนี้จนถึงปีนี้หรือจนกระทั่งถึงการแข่งขัน Invention Awards 2014 ซึ่งนักประดิษฐ์ Peter Durman ได้สาธิตเครื่องยนต์แช่แข็งที่เขาออกแบบเอง ซึ่งอาจเป็นวิธีการแก้ปัญหาการใช้เชื้อเพลิงสูงในรถบรรทุกห้องเย็น

เครื่องยนต์ Derman (เป็นชื่อที่ตั้งให้กับเครื่องยนต์แช่แข็ง) ทำงานโดยใช้ความร้อนของสินค้าและความร้อนของสิ่งแวดล้อม ส่งผลให้ไนโตรเจนเหลวซึ่งอยู่ในภาชนะพิเศษเดือด เป็นผลให้ได้ก๊าซที่ใช้ขับเคลื่อนเครื่องยนต์ เป็นเรื่องที่ควรค่าแก่การเพิ่มว่าเครื่องยนต์จะหมุนคอมเพรสเซอร์ตามลำดับ

หลักการทำงานของเครื่องทำความเย็นแบบไครโอเจนิกส์

• ภาชนะพิเศษถูกสูบด้วยไนโตรเจนเหลวซึ่งมีอุณหภูมิ -160 องศาเซลเซียส ต้นทุนของไนโตรเจนเหลวที่สูบเข้าไปในถังนั้นคิดเป็นมากกว่า 60 เปอร์เซ็นต์ของต้นทุนเชื้อเพลิงดีเซลเพิ่มเติมที่รถบรรทุกห้องเย็นทั่วไปจะใช้เพื่อทำให้สินค้าเย็นลงภายในแปดชั่วโมงของการทำงาน
• ความร้อนจากสิ่งแวดล้อมทำให้ไนโตรเจนเหลวเดือดและกลายเป็นก๊าซที่เย็นจัด ก๊าซเย็นนี้จะผ่านตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบพิเศษ ซึ่งให้ความเย็นประมาณสองในสามของปริมาณความเย็นทั้งหมดที่จำเป็นในการทำให้สินค้าเย็นลง
• หลังจากเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน เครื่องยนต์ Derman จะจ่ายไนโตรเจนร้อนภายใต้ความดันซึ่งจะหมุนคอมเพรสเซอร์ พัดลมของระบบทำความเย็นแบบบังคับ และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพิ่มเติม
• หลังจากที่คอมเพรสเซอร์บีบอัดไนโตรเจน คอมเพรสเซอร์จะเย็นลงและส่งไปยังเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนตัวที่สอง ซึ่งให้ความเย็นหนึ่งในสาม ซึ่งใช้ในการทำให้สินค้าเย็นลง

ตามที่ผู้เชี่ยวชาญระบุว่าระบบดังกล่าวสามารถใช้พลังงานของไนโตรเจนเหลวได้อย่างมีประสิทธิภาพมากถึง 40% ซึ่งเกือบจะเท่ากับประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ดีเซล แต่ท้ายที่สุดแล้ว เราก็ได้รับความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญ เนื่องจากไนโตรเจนเหลวมีราคาถูกกว่าน้ำมันดีเซล และไม่ก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อมในขณะเดียวกัน ขณะนี้กำลังเตรียมต้นแบบของเครื่องยนต์ Durman สำหรับการทดสอบบนถนนในบริเตนใหญ่ หลังจากนั้นหากประสบความสำเร็จเครื่องยนต์จะเข้าสู่การผลิตจำนวนมาก

ในอาณาเขตของสถาบันวิจัยการบิน Gromov ใน Zhukovsky ใกล้กรุงมอสโกมีเครื่องบินลำหนึ่งพร้อมจารึกไว้บนเรือ Tu-155 เครื่องจักรที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัวนี้เป็นห้องปฏิบัติการบินสำหรับทดสอบระบบและเครื่องยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงไครโอเจนิก งานในทิศทางนี้ดำเนินการในช่วงปลายยุค 80 Tu-155 กลายเป็นเครื่องบินลำแรกของโลกที่ใช้ไฮโดรเจนเหลวและก๊าซธรรมชาติเหลวเป็นเชื้อเพลิง 27 ปีผ่านไปนับตั้งแต่การบินครั้งแรกของเครื่องจักรที่ไม่ธรรมดานี้ และตอนนี้มันก็ยืนอยู่อย่างเงียบ ๆ ท่ามกลางเครื่องบินที่ปลดประจำการแล้ว หลายครั้งที่พวกเขาต้องการตัดเธอให้เป็นโลหะ แล้วอะไรทำให้เครื่องบินลำนี้มีเอกลักษณ์เฉพาะตัว?
1.

ก่อนที่จะพูดถึงเครื่องบินลำนี้ควรอธิบายว่าเชื้อเพลิงแช่แข็งคืออะไรและแตกต่างจากเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนอย่างไร ไครโอเจนิกส์คือการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของสารต่างๆ ภายใต้อุณหภูมิที่ต่ำมาก นั่นคือเชื้อเพลิงแช่แข็งหมายถึง "เกิดจากความเย็น" เรากำลังพูดถึงไฮโดรเจนเหลว ซึ่งถูกจัดเก็บและขนส่งในสถานะของเหลวที่อุณหภูมิต่ำมาก และเกี่ยวกับก๊าซธรรมชาติเหลวซึ่งมีอุณหภูมิต่ำมากเช่นกัน

เมื่อเปรียบเทียบกับน้ำมันก๊าด ไฮโดรเจนเหลวมีข้อดีหลายประการ มีค่าความร้อนเป็นสามเท่า นั่นคือเมื่อการเผาไหม้มวลเท่ากัน ไฮโดรเจนจะปล่อยความร้อนมากขึ้นซึ่งส่งผลโดยตรงต่อลักษณะทางเศรษฐกิจของโรงไฟฟ้า นอกจากนี้เมื่อใช้แล้ว น้ำและไนโตรเจนออกไซด์จำนวนน้อยมากจะถูกปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศ ทำให้โรงไฟฟ้าไม่เป็นอันตรายต่อบรรยากาศ อย่างไรก็ตาม ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงที่อันตรายมาก เมื่อผสมกับออกซิเจนจะติดไฟและระเบิดได้อย่างมาก มีความสามารถในการเจาะทะลุได้เป็นพิเศษ และสามารถจัดเก็บและขนส่งได้ในสถานะของเหลวที่อุณหภูมิต่ำมากเท่านั้น (-253°C)

คุณลักษณะของไฮโดรเจนเหล่านี้ก่อให้เกิดปัญหาใหญ่ทีเดียว นั่นคือเหตุผลว่าทำไมก๊าซธรรมชาติจึงถือเป็นเชื้อเพลิงสำหรับการบินควบคู่ไปกับไฮโดรเจนเหลว เมื่อเปรียบเทียบกับไฮโดรเจนแล้ว จะมีราคาถูกกว่าและเข้าถึงได้ง่ายกว่ามาก สามารถเก็บไว้ในสถานะของเหลวได้ที่อุณหภูมิ -160°C และมีค่าความร้อนสูงกว่าน้ำมันก๊าดถึง 15% เมื่อเทียบกับน้ำมันก๊าด ราคาถูกกว่าน้ำมันก๊าดหลายเท่า ซึ่งทำให้นำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงการบินได้ในเชิงเศรษฐกิจด้วย อย่างไรก็ตาม ก๊าซธรรมชาติก็เป็นอันตรายจากไฟไหม้ได้เช่นกัน แม้ว่าจะมีขอบเขตน้อยกว่าไฮโดรเจนก็ตาม มันเป็นปัญหาเหล่านี้ที่วิศวกรของสำนักออกแบบตูโปเลฟต้องรับมือเมื่อสร้างเครื่องบินทดลอง Tu-155
2.

นักออกแบบการบินได้พบกับเทคโนโลยีไครโอเจนิกเป็นครั้งแรก ดังนั้นการออกแบบจึงไม่เพียงเกิดขึ้นในห้องออกแบบที่เงียบสงบเท่านั้น แต่ยังเกิดขึ้นในห้องปฏิบัติการวิจัยด้วย ผู้ออกแบบทีละขั้นตอนได้แนะนำโซลูชันและเทคโนโลยีการออกแบบใหม่ที่ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการสร้างระบบเครื่องบินที่เป็นพื้นฐานใหม่ โรงไฟฟ้าแช่แข็ง และระบบที่ช่วยให้สามารถทำงานได้อย่างปลอดภัย
3.

ห้องปฏิบัติการการบินถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของอนุกรม Tu-154 ซึ่งได้รับการดัดแปลงเป็นมาตรฐาน Tu-154B หมายเลขบอร์ด USSR-85035 Vladimir Aleksandrovich Andreev ได้รับแต่งตั้งให้เป็นหัวหน้าผู้ออกแบบ Tu-155 เครื่องบินลำนี้มีความแตกต่างพื้นฐานหลายประการจากเวอร์ชันพื้นฐาน ถังเชื้อเพลิงแช่แข็งที่มีปริมาตร 17.5 ม. 3 พร้อมด้วยระบบจ่ายเชื้อเพลิงและระบบบำรุงรักษาแรงดันประกอบด้วยเชื้อเพลิงเชิงทดลองซึ่งตั้งอยู่ที่ส่วนด้านหลังของลำตัวแยกจากส่วนอื่น ๆ ของเครื่องบินด้วยเขตกันชน ถัง ท่อ และหน่วยของคอมเพล็กซ์เชื้อเพลิงมีฉนวนกรองสุญญากาศเพื่อให้มั่นใจว่าความร้อนไหลเข้าตามที่กำหนด โซนกันชนช่วยปกป้องลูกเรือและห้องสำคัญของเครื่องบินในกรณีที่เกิดการรั่วไหลในระบบไฮโดรเจน
4.

เครื่องบินดังกล่าวติดตั้งเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ททดลอง NK-88 ซึ่งสร้างขึ้นใน Samara ในสำนักออกแบบเครื่องยนต์ภายใต้การนำของนักวิชาการ Nikolai Dmitrievich Kuznetsov บนพื้นฐานของเครื่องยนต์อนุกรมสำหรับ Tu-154 NK-8-2 มีการติดตั้งแทนเครื่องยนต์มาตรฐานที่ถูกต้อง และใช้ไฮโดรเจนหรือก๊าซธรรมชาติในการทำงาน อีกสองเครื่องยนต์เป็นของเดิมและใช้น้ำมันก๊าด ตอนนี้พวกเขาถูกลบออกแล้ว แต่ NK-88 ยังคงอยู่ที่เดิม
5.

6.

7.

ในการควบคุมและตรวจสอบคอมเพล็กซ์ไครโอเจนิกบนเครื่องบิน มีหลายระบบ:

ระบบฮีเลียมที่ควบคุมหน่วยโรงไฟฟ้า เนื่องจากเครื่องยนต์ใช้ไฮโดรเจน จึงไม่สามารถเชื่อมต่อกับระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าได้ นี่คือเหตุผลว่าทำไมระบบควบคุมจึงถูกแทนที่ด้วยฮีเลียม

ระบบไนโตรเจนที่เข้ามาแทนที่อากาศในช่องต่างๆ ที่อาจเกิดการรั่วไหลของเชื้อเพลิงจากการแช่แข็งได้

ระบบตรวจสอบก๊าซที่ตรวจสอบสภาพแวดล้อมของก๊าซในห้องเก็บเครื่องบินและเตือนลูกเรือในกรณีที่มีการรั่วไหลของไฮโดรเจนก่อนที่ความเข้มข้นของการระเบิดจะเกิดขึ้น

ระบบควบคุมสุญญากาศในช่องฉนวนความร้อน

ในห้องเก็บสัมภาระของลำตัวด้านหน้าจะมีกระบอกสูบทรงกลมที่มีไนโตรเจน ยังติดตั้งอยู่ในห้องโดยสารของเครื่องบินเหนือหน้าต่างอีกด้วย มีการติดตั้งถังฮีเลียมบนพื้นแทนที่นั่งผู้โดยสาร พร้อมชั้นวางพร้อมอุปกรณ์ควบคุม วัด และบันทึก

โดยรวมแล้ว มีการสร้างและใช้งานระบบเครื่องบินใหม่มากกว่า 30 ระบบ ในบรรดาเทคโนโลยีใหม่ ๆ สถานที่สำคัญในกระบวนการทางเทคโนโลยีที่ช่วยให้มั่นใจในการทำความสะอาดโพรงภายในของท่อและหน่วยต่างๆ เนื่องจากฉนวนประสิทธิภาพสูงและการซีลสูญญากาศ ความสะอาดจึงเป็นกุญแจสำคัญสู่ความปลอดภัยในการบินในอนาคต

ห้องนักบินได้รับการเปลี่ยนแปลง พาร์ติชันถูกย้ายลึกเข้าไปในห้องโดยสาร และติดตั้งเวิร์กสเตชันสำหรับวิศวกรการบินคนที่สองซึ่งรับผิดชอบการทำงานของเครื่องยนต์ทดลอง และวิศวกรทดสอบซึ่งควบคุมการทำงานของระบบทดลองออนบอร์ดได้รับการติดตั้งในห้องนักบิน . มีการติดตั้งประตูหนีภัยฉุกเฉินไว้ที่พื้นห้องโดยสาร

คอมเพล็กซ์อุณหภูมิเย็นจัดในการบินถูกสร้างขึ้นเพื่อให้บริการเครื่องบินและดำเนินการทดสอบ ประกอบด้วยระบบเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจนเหลว (หรือก๊าซธรรมชาติเหลว) ระบบจ่ายลม ระบบจ่ายไฟ การตรวจสอบโทรทัศน์ การวิเคราะห์ก๊าซ ละอองน้ำในกรณีเกิดเพลิงไหม้ และการควบคุมคุณภาพเชื้อเพลิงแบบแช่แข็ง

ในขั้นตอนการทดสอบภาคพื้นดิน มีการตรวจสอบการทำงานของระบบทดลองทั้งหมด รวมถึงการทำงานของเครื่องยนต์ NK-88 กับไฮโดรเจนเหลว โหมดการเติมเชื้อเพลิง, การบริการระบบสุญญากาศ, โหมดการทำงานของระบบเชื้อเพลิงและระบบบำรุงรักษาแรงดันร่วมกับเครื่องยนต์ที่ทำงานอยู่ ในเวลาเดียวกัน ได้มีการฝึกฝนการเตรียมเครื่องบินสำหรับการบินและเติมฮีเลียมและไนโตรเจนในระบบออนบอร์ด

ภาพถ่ายแสดงท่อยาวที่ทอดยาวจากใต้ลำตัวไปจนถึงหัวฉีดตรงกลางของเครื่องยนต์ นี่คือระบบระบายฉุกเฉินสำหรับไฮโดรเจนเหลว (ก๊าซธรรมชาติ) ทำให้สามารถระบายเชื้อเพลิงแช่แข็งไปที่ปลายหัวฉีดของเครื่องยนต์มาตรฐานทั่วไปได้ หากจำเป็น ในระหว่างการทดสอบภาคพื้นดิน สถานการณ์ต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับอันตรายจากการระเบิดและไฟได้ถูกนำมาใช้

9.

10.

11.

ในกระบวนการเตรียมการบินทันที เรือบรรทุกไฮโดรเจนเหลวถูกส่งมา พวกมันเชื่อมต่อกับเครื่องบินผ่านท่อไครโอเจนิคแบบอยู่กับที่ซึ่งมีวาล์วปิดและเชื่อมต่อ ซึ่งทำให้เกิดเพลิงไหม้ที่จำเป็นระหว่างเครื่องบิน เรือบรรทุกน้ำมัน และสถานที่ที่ก๊าซไฮโดรเจนถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ หลังจากที่เรือบรรทุกจอดเทียบท่าแล้ว คุณภาพของไฮโดรเจนเหลวจะถูกตรวจสอบโดยใช้เครื่องเก็บตัวอย่างพิเศษและแก๊สโครมาโตกราฟี นอกเหนือจากการปฏิบัติงานปกติในการเตรียมเครื่องบินสำหรับการบินแล้ว ยังมีการเตรียมเครื่องยนต์ทดลอง ระบบเครื่องบินทดลอง และภาคพื้นดินที่ซับซ้อน ให้ความสนใจเป็นพิเศษกับอุปกรณ์ความปลอดภัยจากการระเบิดและจากอัคคีภัย ระบบควบคุมแก๊ส การควบคุมไนโตรเจน การควบคุมสุญญากาศในช่องฉนวน ระบบดับเพลิง การระบายอากาศของห้องเชื้อเพลิง และห้องผู้โดยสารของเครื่องยนต์ ในระหว่างการทดสอบ มีการทดสอบวิธีการต่างๆ ในการป้องกันการเพิ่มความเข้มข้นของไฮโดรเจนในห้องต่างๆ ทั้งโดยใช้สภาพแวดล้อมที่เป็นกลาง (ไนโตรเจน) และการระบายอากาศด้วยอากาศจากระบบปรับอากาศในรถ

เนื่องจากมีความเสี่ยงสูงที่จะเกิดการระเบิด อุปกรณ์ไฟฟ้าเกือบทั้งหมดจึงต้องถอดออกจากช่องที่มีถังน้ำมันเชื้อเพลิง สิ่งนี้ช่วยลดโอกาสที่จะเกิดประกายไฟได้เพียงเล็กน้อย และทั้งห้องก็ถูกกำจัดด้วยไนโตรเจนหรืออากาศอย่างต่อเนื่อง นอกจากนี้ ไอไฮโดรเจนจากถังจะต้องถูกเบี่ยงเบนออกไปจากเครื่องยนต์เพื่อหลีกเลี่ยงการจุดระเบิด เพื่อจุดประสงค์นี้จึงมีการสร้างระบบระบายน้ำ องค์ประกอบประการหนึ่งคือองค์ประกอบแรกที่ดึงดูดสายตาคุณไปที่ครีบของเครื่องบิน นี่คือแฟริ่งท่อไอเสีย
12.

13.

เครื่องบินดังกล่าวได้รับการเตรียมพร้อมสำหรับการบินครั้งแรกที่ฐานทดสอบและพัฒนาการบิน Zhukovsk ของ Tupolev (ZhLIiDB) Tu-155 ถูกลากไปที่จุดปล่อยเครื่องยนต์ “ฉัน 035 กำลังขอเครื่องขึ้น” “035 การบินขึ้นเสร็จสิ้นแล้ว” เมื่อวันที่ 15 เมษายน พ.ศ. 2531 เวลา 17:10 น. เครื่องบิน Tu-155 พร้อมเครื่องยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยไฮโดรเจนเหลวได้ขึ้นบินเป็นครั้งแรกจากสนามบินใกล้กรุงมอสโก ขับโดยลูกเรือประกอบด้วย: นักบินคนแรก - นักบินทดสอบผู้มีเกียรติของสหภาพโซเวียต Vladimir Andreevich Sevankaev นักบินคนที่สอง - นักบินทดสอบผู้มีเกียรติของสหภาพโซเวียต Andrey Ivanovich Talalakin วิศวกรการบิน - Anatoly Aleksandrovich Kriulin วิศวกรการบินคนที่สอง - ยูริมิคาอิโลวิชเครมเลฟ วิศวกรทดสอบชั้นนำ - Valery Vladimirovich Arkhipov

เที่ยวบินผ่านไปด้วยดี การใช้งานได้รับการตรวจสอบโดยบริการภาคพื้นดินทั้งหมดและเครื่องบินคุ้มกัน Tu-134 ระบบที่ได้รับการทดสอบและทดสอบภาคพื้นดินได้รับการทดสอบในอากาศเป็นครั้งแรก การบินใช้เวลาเพียง 21 นาทีในวงกลมเล็ก ๆ ที่ระดับความสูงต่างกันไม่เกิน 600 เมตร สิ้นสุดเร็วกว่าที่วางแผนไว้เล็กน้อย ซึ่งวิศวกรทดสอบ Valery Arkhipov มีเหตุผลที่น่าสนใจ: ในห้องไนโตรเจน เซ็นเซอร์ตรวจจับการมีอยู่ของไนโตรเจน ซึ่งควรจะปรากฏขึ้นโดยอัตโนมัติในระหว่างการรั่วไหลของไฮโดรเจน แต่ขอบคุณพระเจ้า เหตุผลมันแตกต่างออกไป ไนโตรเจนไหลผ่านวาล์วกระบอกสูบ ซึ่งทำให้แรงดันลดลงเมื่อเครื่องบินหมุนไปทั้งสองด้านของแกน สิ่งนี้ชัดเจนบนโลกเท่านั้น

มีเพียงขั้นตอนแรกเท่านั้นที่นำไปสู่การแก้ปัญหาที่ซับซ้อนของการนำไฮโดรเจนเหลวมาเป็นเชื้อเพลิงการบิน ในระหว่างการทดสอบการบิน มีการบินเพื่อตรวจสอบการทำงานของโรงไฟฟ้าและระบบเครื่องบินในโหมดการบินต่างๆ และระหว่างการพัฒนาเครื่องบิน มีการเปิดตัวเครื่องยนต์ทดลอง และการทำงานของระบบความปลอดภัยจากการระเบิดและอัคคีภัยได้รับการทดสอบในโหมดการสร้างสภาพแวดล้อมที่เป็นกลางและการระบายอากาศ ในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2531 โปรแกรมการทดสอบการบินด้วยไฮโดรเจนเหลวเสร็จสมบูรณ์ หลังจากนั้น Tu-155 ได้รับการแก้ไขสำหรับเที่ยวบินที่ใช้ก๊าซธรรมชาติเหลว เที่ยวบินแรกที่ใช้เชื้อเพลิงนี้เกิดขึ้นเมื่อวันที่ 18 มกราคม พ.ศ. 2532 เครื่องบินดังกล่าวได้รับการทดสอบโดยลูกเรือประกอบด้วย: ผู้บัญชาการเรือ - นักบินทดสอบอันทรงเกียรติของสหภาพโซเวียต Vladimir Andreevich Sevankaev, นักบินร่วม - Valery Viktorovich Pavlov, วิศวกรการบิน - Anatoly Aleksandrovich Kriulin, วิศวกรการบินคนที่สอง - Yuri Mikhailovich Kremlev, วิศวกรทดสอบชั้นนำ - วาเลรี วลาดิมีโรวิช อาร์คิปอฟ.

ดังที่นักออกแบบทั่วไป Alexey Andreevich Tupolev กล่าวว่า “วันนี้ เป็นครั้งแรกในโลกที่เครื่องบินลำหนึ่งขึ้นบินโดยใช้ก๊าซธรรมชาติเหลวเป็นเชื้อเพลิง และเราหวังว่าการบินครั้งแรกของเครื่องบินลำนี้จะเปิดโอกาสให้เรารวบรวมข้อมูลทางวิทยาศาสตร์และการทดลองทั้งหมด และสร้างเครื่องบินที่ผู้โดยสารจะสามารถบินได้ในอนาคตอันใกล้นี้”

การทดสอบแสดงให้เห็นว่าการสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิงลดลงเกือบ 15% เมื่อเทียบกับน้ำมันก๊าด นอกจากนี้พวกเขายังยืนยันความเป็นไปได้ในการใช้งานเครื่องบินอย่างปลอดภัยโดยใช้เชื้อเพลิงแช่แข็ง ในระหว่างการทดสอบ Tu-155 อย่างครอบคลุม มีการสร้างสถิติโลก 14 ครั้งและมีเที่ยวบินระหว่างประเทศหลายเที่ยวบินจากมอสโกไปยังบราติสลาวา (เชโกสโลวะเกีย) นีซ (ฝรั่งเศส) และฮันโนเวอร์ (เยอรมนี) ระยะเวลาการดำเนินงานรวมของโรงไฟฟ้าทดลองเกิน 145 ชั่วโมง

ในช่วงปลายทศวรรษที่ 90 ผู้จัดการหลักของคลังก๊าซรัสเซีย Gazprom ได้ริเริ่มสร้างเครื่องบินขนส่งสินค้าและผู้โดยสารเป็นอันดับแรก จากนั้นจึงเป็นเพียงเครื่องบินโดยสารซึ่งสามารถใช้งานโดยใช้ก๊าซธรรมชาติเหลวทั้งหมดได้ เครื่องบินลำนี้มีชื่อว่า Tu-156 และถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของ Tu-155 ที่มีอยู่ โดยจะติดตั้งเครื่องยนต์ NK-89 ใหม่ 3 เครื่อง ซึ่งคล้ายกับ NK-88 แต่มีระบบเชื้อเพลิงอิสระ 2 ระบบ ระบบหนึ่งสำหรับน้ำมันก๊าด และอีกระบบสำหรับเชื้อเพลิงแช่แข็ง มีการวิจัยและคำนวณอย่างกว้างขวางเพื่อจัดเรียงช่องและตำแหน่งของถังเชื้อเพลิงใหม่

ภายในปี 2000 โรงงานการบิน Samara ควรจะผลิต Tu-156 จำนวน 3 ลำ และเริ่มการรับรองและดำเนินการทดลอง น่าเสียดายที่สิ่งนี้ไม่ได้ทำ และอุปสรรคในการดำเนินการตามแผนนั้นเป็นเรื่องทางการเงินเท่านั้น

เราอาจพูดได้ว่า Tu-155 นั้นล้ำหน้าไปมาก เป็นระบบแรกที่ใช้ระบบที่มนุษยชาติจะกลับมาใช้ และ Tu-155 ก็สมควรที่จะอยู่ในพิพิธภัณฑ์ ไม่ใช่ในบรรดาเครื่องบินที่เลิกใช้งานแล้วที่ถูกลืม

ที่งานการบินและอวกาศนานาชาติ MAKS-2015 บริษัท วิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ "NIK" และ Bมูลนิธิการกุศล "Legends of Aviation" โดยได้รับการสนับสนุนจากฝ่ายบริหารของเมือง Zhukovsky และ JSC "Aviasalon" ได้นำเสนอเครื่องบินที่มีเอกลักษณ์เฉพาะนี้ต่อสาธารณชนเป็นครั้งแรก

ข้อความดูเหมือนจะเป็นส่วนใหญ่

บ้าน » ล็อค » เครื่องยนต์ไครโอเจนิกส์ มอเตอร์ไฟฟ้าไครโอเจนิกส์ทำงานอย่างไร