"Авиация и космонавтика 2000 03" - читать интересную книгу автора

"156" (Ту-156)

Семейство самолетов грузовых и пассажирских самолетов, работающих на СПГ, проекты

В настоящее время АО АНТК им. А.Н. Туполева совместно с Самарским научно-техническим комплексом "Двигатели НК", Самарским авиационным заводом "Авиакор" (бывший КуАЗ) и многими другими смежными предприятиями и научно-исследовательскими институтами проектирует и строит (по постановлению Правительства Российской Федерации) самолет Ту-156, предназначенный для перевозки грузов, использующий в качестве топлива сжиженный природный газ (СПГ). В работе максимально используется опыт создания и испытаний летающей лаборатории Ту-155.

После нескольких лет поиска наиболее оптимальной концепции и методологии создания транспортного самолета на СПГ была выбрана методология позволяющая наиболее эффективно и безопасно ввести в эксплуатацию воздушную транспортную систему на СПГ Методологически работа ОКБ А.Н. Туполева, в течение многих лет дававшая максимальный положительный эффект, заключалась в следующем: первоначально создавался экспериментальный самолет, на котором проверялись новые технические решения; затем строилась и запускалась в серийное производство машина военного назначения и только после этого на основе отработанных и проверенных в массовой эксплуатации технических решений создавался и запускался в серию пассажирский авиалайнер.

В случае с самолетом на СПГ АО АНТК им. А.Н. Туполева прошло стадию экспериментального самолета на летающей лаборатории Ту-155; стадию самолета военного назначения решено было заменить грузовым самолетом, создаваемым на базе самолета Ту-154Б – самолет Ту-156 (первоначальное обозначение Ту-156С) с тремя двигателями НК-89 со взлетной тягой 10500 кг, работающими на СПГ и керосине. И только после этого на основе капитально отработанных и проверенных в эксплуатации новых технических решений будет создан пассажирский самолет, работающий на СПГ.

В ходе предварительного проектирования рассматривались самые различные варианты размещения топливных баков с СПГ на самолете. В работе находились варианты размещения баков в виде гондол над крылом, под крылом и т.д. После достаточно долгих поисков оптимального решения был выбран вариант с расположением бака с СПГ в задней части фюзеляжа и в переднем багажном отделении (12940 кг и 3700 кг). В крыльевых кессон-баках размещается керосин.

Двухтопливная система выбрана из соображений эксплуатации самолета на линиях где имеются аэродромы с системами и запасами СПГ, так и аэродромы с системами на традиционном топливе. Не менее важно и то обстоятельство, что керосиновая топливная система, при отказе системы СПГ, становится аварийной. При отказе топливной газовой системы требуется лишь пять секунд для перевода питания двигателя с СПГ на авиационный керосин.

Двигатель НК-89, как и испытанный на Ту-155 НК-88, создается на базе серийного двигателя НК-8-2У. Наиболее существенные изменения заключаются в установке турбонасосного агрегата, представляющего собой двухступенчатый центробежный насос, приводимый в движение воздухом высокого давления, подающимся от компрессора двигателя.Этот насос повышает давление СПГ примерно до 40 атмосфер. За турбиной компрессора устанавливается теплообменник, в котором СПГ превращается из жидкого в газообразное состояние и в таком виде подается в камеру сгорания. Камера сгорания, в которой устанавливаются керосиновые и газовые форсунки также дорабатывается. В настоящее время ведется большая работа по созданию камеры сгорания, обеспечивающей низкий уровень токсичных примесей, первые успехи по существенному снижению окислов азота уже достигнуты.

Одной из наиболее важных задач для Ту-156 является создание криогенных топливных баков. Основной задний – вместимостью 12,9 т размещен в хвостовой части грузового отсека, передний – в подпольной зоне (3,7 т). Баки сварной конструкции из алюминиевого сплава.Теплоизоляция толщиной пятьдесят миллиметров выполнена из пенопласта. В настоящее время модель криогенного бака прошла испытания, выдержав большое количество заправок и сливов СПГ. Спроектированные баки позволяют самолету Ту-156 иметь дальность полета при максимальной полезной нагрузке 14000 кг 2600 км на СПГ и 3280 км на СПГ плюс керосин.

Каждый бак имеет расходный и основной отсеки. Подача топлива к двигателю осуществляется из расходного отсека с помощью элктроприводных центробежных насосов ЭНКГ-20, работающих в криогенной среде. Из основного бака в расходный топливо подается с помощью перекачивающего струйного насоса СНМ-1.

В топливных баках устанавливается измерительная аппаратура позволяющая контролировать количество топлива в заднем и переднем баке, и суммарное наличие СПГ в обоих. Эта аппаратура подаст сигналы предельного количества при заправке и достижении минимального уровня в расходном отсеке для перехода с СПГ на керосин. В топливных баках и магистралях устанавливается также аппаратура для измерения давления и температур.

Криогенные топливные баки снабжаются аварийными клапанами, открывающимися при достижении предельного допустимого давления, дренирующими пары СПГ через штуцер, расположенный над горизонтальным оперением самолета. На криогенных магистралях устанавливаются электроприводные клапаны, с помощью которых осуществляется управление работой криогенной топливной системы.

Одной из важнейших особенностей криогенной силовой установки является система обеспечения безопасности. Нарушение герметичности в ней приводит к образованию в отсеках взрывоопасной газовой смеси. Для предотвращения взрыва или пожара принимаются следующие меры: интенсивная вентиляция взрывоопасных отсеков с помощью нейтрального газа (Азот); удаление из отсеков искрообразующего оборудования; установка системы газового анализа,позволяющей выдавать сигнал при появлении течи, а также при концетрации метана в отсеках в несколько раз меньшей по величине, чем опасная. При появлении такого сигнала, как правило, перекрываются газовые магистрали и двигатели переводятся на керосин.

Для создания нормальной системы эксплуатации транспортных самолетов на СПГ необходимо в стране развернуть наземную инфраструктуру, обеспечивающую получение, хранение и заправку воздушных судов сжиженным природным газом. С целью обеспечения авиации СПГ необходимо создать сеть специализированных установок для производства СПГ, хранилищ для него и систем подачи топлива потребителям (стационарных и мобильных). При этом подготовка инфраструктуры получения, хранения и выдачи СПГ различным потребителям должна решаться комплексно с проведением единой технической политики, причем создание инфраструктуры должно проводиться параллельно с созданием воздушных судов на СПГ.

Были проанализированы существующие трассы полетов в пределах России с дальностью 1800,2000 и 2200 км, на которые рассчитывается создаваемый Ту-156. Анализ трасс полетов и магистральных газовых трубопроводов в стране показал целесообразность создания наземных инфраструктур аэропортов в несколько очередей. В первую очередь необходимо оборудовать аэропорты Домодедово (Москва), Пулково (Санкт- Петербург), аэропорты в Екатеринбурге, Оренбурге, Самаре, Перми, Надыме. При таком подходе аэропорты Самары и Перми являются запасными, в том числе и для Оренбурга и Екатирин- бурга. Заводы-ожжижители для заправки самолетов должны быть рассчитаны из условий – Ту-156 берет 15 тонн СПГ, Ту-206 до 25 тонн.В дальнейшем предполагается оборудовать аэропорты Новосибирска, Норильска, Якутска, Уфы, Комсомольска-на-Амуре, Мирного. Кроме аэропортов в России во вторую очередь предполагается оснастить системами СПГ аэропорты в городах средне азиатских государств: Ташкент, Бишкек, Самарканд, Бухара, Алма-Ата, Ашхабад, Душанбе. В процессе развития регионов Сибири и Дальнего Востока, особенно месторождений газа Камчатки и Амдермы, возможно понадобится оснастить наземной инфраструктурой СПГ и эти районы. Для оснащения аэропортов необходимо создать два типоразмера ожжижительных установок для получения СПГ, производительностью 12-15 т/ч и 3-4 т/ч в блочно-мо- дульном исполнении.

В настоящее время в АО АНТК им.- А.Н.Туполева ведется работа по выпуску конструкторской документации и изготовлению Ту-156 в производстве. Закончены стендовые испытания, выполнен полноразмерный макет самолета и эскизный проект.

Система загрузки Ту-156 соответствует серийному самолету Ту-154С и рассчитана на загрузку в грузовую кабину восьми контейнеров или грузов на поддонах.

Самолет Ту-156 согласно проекту должен иметь следующие данные:

– размах крыли – 37,55 м;

– длина самолета – 47,9 м;

– высота самолета на стоянке – 11,4 м (без дренажа);

Летно-технические характеристики Ту -156

– размер газовой камеры – 18,3 м;

– размеры грузовой двери – 2,5 х 1,62 м;

Следующим этапом в развитии самолетов на СПГ должен стать пассажирский самолет на СПГ, рассчитанный на перевозку 120-135 пассажиров. Самолет должен создаваться на базе серийного самолета Ту-156М, проект получил обозначение Ту-156М.

На самолете Ту-156М топливная система должна выполняться аналогично самолету Ту-156, пассажирская кабина должна располагаться перед криогенным топливным баком. Двигатели такие же как и на Ту-156 -НК-89.

Самолет Ту-156М должен иметь следующие основные данные: -дальность полета на СПГ – 2700 км; – запас топлива СПГ – 13000 кг; керосин – 10000 кг.

На базе проекта самолета Tv-154M2 прорабатывется проект самолета работающего на СПГ под двигатели типа ПС-90ЛКМ. Самолет получил обозначение Ту-156М2. Поскольку базовый вариант самолета Ту-154М2 не имеет третьего центрального двигателя, на Ту- 156М2 топливный бак с СПГ установлен в задней части фюзеляжа сверху в обтекателе. Самолет имеет следующие расчетные данные:

– взлетная масса – 96500-98300 кг;

– посадочная масса – 81200-84000 кг;

– масса снаряженного самолета – 61000 кг;

– масса СПГ – 20000 кг; керосина – 10000 кг

– количество пассажиров – 160-171;

– крейсерская скорость полета – 850 км/ч;

– практическая дальность полета с коммерческой нагрузкой 18000 кг – 3430 км; 16200 кг – 3530 км;

– потребная длина ВПГ1 – 2500 м;

– топливная эффективность – 22,5-23,05 г/пасс.км

На базе проекта Ту-154МЗ рассматривается проект под СПГ с двигателями типа НК-94 с взлетной тягой 18000- 20000 кг(вариант двигателя НК-93). Предположительное обозначение проекта Ту-156МЗ По компоновке проект самолета аналогичен проекту Ту-156М2 и имеет следующие рассчетные данные:

– взлетная масса – 97500-99300 кг;

– посадочная масса – 83900-85700 кг;

– масса снаряженного самолета – 63200 кг;

– масса СПГ – 20000 кг; керосина – 10000 кг;

– количество пассажиров – 160-171;

– крейсерская скорость полета – 850 км/ч;

– практическая дальность полета с коммерческой нагрузкой 18000 кг – 3100 км; 16200 кг – 3200 км;

– потребная длина ВПП – 2500 м;

– топливная эффективность – 23,0-23,3 г/пасс.км

Помимо работ над самолетами Ту- 155 и Ту-156 на СПГ ОАО АНТК им.- А.Н.Туполева совместно с германской фирмой Deutshe Aerospase Airbus вела работы над транспортным самолетом на водородном топливе, получившем обозначение "Криоплан". В этом совместном проекте максимально использовался опыт проектирования и испытаний Ту-155 и наработки по Ту-156. Кроме того, в настоящее время практически все проекты ОКБ предусматривают создание на основе базовых машин с традиционными силовыми установками самолетов, работающих на альтернативных видах топлива.