В середине 1970-х гг. прошлого века в СССР господствовала энергетическая стратегия, согласно которой, прежде всего, планировалось использовать атомную энергетику, а нефть и газ ввиду малости запасов, как тогда считалось, планировалось отодвинуть на второй план. Начала осуществляться программа водородной энергетики. Туполевцы не остались в стороне от этой программы. Как не раз было в славной истории фирмы, Алексей Андреевич Туполев принял смелое решение - построить "водородный" самолет. Такой самолет был построен и успешно испытан без единого серьезного инцидента. Этому предшествовала большая многолетняя программа стендовых и наземных испытаний, направленная как на проверку функционирования новых систем (а их на самолете было около 30), так и, в первую очередь, на обеспечение безопасной эксплуатации.

Авиационная криогенная техника ОКБ А.Н.Туполева.

Авиационная криогенная техника ОКБ А.Н.Туполева.

Авиационная криогенная техника ОКБ А.Н.Туполева.

Авиационная криогенная техника ОКБ А.Н.Туполева.

Авиационная криогенная техника ОКБ А.Н.Туполева.

Авиационная криогенная техника ОКБ А.Н.Туполева.

Авиационная криогенная техника ОКБ А.Н.Туполева.

Авиационная криогенная техника ОКБ А.Н.Туполева.

Авиационная криогенная техника ОКБ А.Н.Туполева.

Авиационная криогенная техника ОКБ А.Н.Туполева.

Авиационная криогенная техника ОКБ А.Н.Туполева.

К сожалению, упомянутая энергетическая стратегия оказалась не совсем точной. Атомная энергетика не получила доминирующего развития. Основное место в программе развития энергетики страны занял природный газ, превысивший со временем по удельному весу в энергетическом балансе 50%. Поэтому летающая лаборатория, приобретшая статус экспериментального самолета Ту-155, была доработана под использование не только жидкого водорода, но и под применение сжиженного природного газа (СПГ). Таким образом, был создан первый в мире самолет на криогенных топливах.

Следует отметить, что жидкий водород имеет ряд свойств, исключительно полезных для использования в качестве авиационного топлива. Это, прежде всего, высокая теплота сгорания, огромный хладоресурс и высокая экологическая чистота. Жидкий водород позволяет существенно улучшить летно-технические характеристики, создать самолеты со скоростями полета М > 6. Поэтому наши работы по жидкому водороду позволили создать уникальный научно-технический задел, который обязательно найдет применение в не таком уж далеком будущем. Однако чрезвычайно высокая стоимость жидкого водорода на длительное время исключает его коммерческое использование.

Что касается более близкого времени, то задачей завтрашнего дня является внедрение в качестве авиационного топлива СПГ, что и нашло отражение в "Программе развития гражданской авиационной техники России на 2002-2010 годы и на период до 2015 года". Дефицит нефти постоянно обостряется. За минувшие четверть века удельный вес нефти в мировом энергобалансе понизился более чем на 10 %. Стоимость авиакеросина в России в настоящее время в среднем составляет 8000 руб. за тонну, стоимость тонны СПГ - 3000 руб. Выигрыш составляет 5000 руб. за каждую тонну замененного авиакеросина. В дальнейшем, по мнению многих экспертов, следует ожидать постепенного роста этого выигрыша.

В последние годы в мире и, в частности, в России произошел своеобразный научный "взрыв", приведший к представлению, что традиционные и нетрадиционные ресурсы свободного природного газа могут быть увеличены более чем на порядок и в целом превысить ресурсы всего остального традиционного ископаемого топлива на планете. Природный газ с помощью трубопроводов подведен практически к каждому аэродрому, т.е. вопросы транспортировки его в основном уже решены. Его высокая энергоемкость, огромный хладоресурс позволяют создавать самолеты со значительно более высокими летно-техническими показателями, чем самолеты на авиакеросине. Топливная экономичность полета на СПГ может составить до 10 г/пасс, км. При применении СПГ на самолетах следует ожидать, что выброс токсических составляющих снизится следующим образом: окись углерода в 5...10 раз, углеводороды в 2,5...3 раза, окислы азота в 1,5.- 2 раза, полициклические ароматические углеводороды, включая бензапирен, в 10 раз.

Самолет Ту-155 создан на основе серийного самолета Ту-154Б. Для использования криогенного топлива были доработаны каркас самолета и некоторые штатные системы, установлены системы, обеспечивающие заправку, хранение, подачу криогенного топлива к двигателю, взрывопожаробезопасность самолета, а также система сбора и регистрации параметров. Экспериментальный криогенный топливный комплекс в целях безопасности размещен в специальном отсеке, изолированном от прилегающих отсеков фюзеляжа буферными зонами, которые имеют систему вентиляции. В правую мотогондолу самолета установлен экспериментальный двигатель НК-88, работающий на жидком водороде или сжиженном природном газе. Запас криогенного топлива размещается в топливном баке вместимостью 17,5 м3, установленном в специальном отсеке в хвостовой части пассажирского салона. Для заправки самолета криогенными топливами был создан заправочный комплекс, размещенный по условиям безопасности работ на обособленной площадке, используемой также для стоянки и технического обслуживания самолета. Доставка СПГ на площадку осуществлялась автозаправщиками.

Для обеспечения работ по созданию экспериментального самолета Ту-155 ряд вопросов решался на стендах наземной отработки и проверки отдельных агрегатов и самолетных систем, работающих на криогенных топливах. Создание самолета сопровождалось проведением большого комплекса научно-исследовательских работ, разработкой значительного по объему нормативного материала. В работе по созданию самолета принимали активное участие специалисты ОАО "СНТК им. Н.Д. Кузнецова", УКБМ, ОАО ОКБ "Кристалл", ГУП АКБ "Якорь", ККБ "Арматурпроект", АО "Техприбор", ЭПО "Сигнал", КПКБ, ПО "Криогенмаш", НПО "Химавтоматика", ОАО "Электропривод", ЦИАМ, ЦАГИ, ЛИИ, ВИАМ, ГИПХ, ВНИИПО, ГосНИИГА, ОИЯИ, ХФТИНТ, КБОМ, ОАО "Газпром", МГПЗ и др. 15 апреля 1988 г. самолет совершил первый полет на жидком водороде. После проведения летных испытаний и доработок 18 января 1989 г. самолет Ту-155 совершил первый полет на сжиженном природном газе. Выполнена большая летно - исследовательская программа, проведено несколько международных демонстрационных полетов, в том числе в Братиславу (Чехословакия), Ниццу (Франция), Берлин и Ганновер (Германия).

Появление самолета Ту-155 коренным образом изменило спектр проблем создания криогенной авиации. Реально доказано, что современными техническими средствами создана силовая установка, позволяющая столь же уверенно и безопасно, как на обычном керосине, летать на сжиженном природном газе и на жидком водороде.

Главный результат работ по самолету Ту-155 - были созданы:

• коллективы специалистов в области авиационной криогеники на целом ряде предприятий;
• наземная инфраструктура для обслуживания криогенных самолетов;
• комплекс наземных криогенных стендов.
• Появилась реальная возможность перейти к практическому созданию самолетов на сжиженном природном газе.

Создание самолета сопровождалось разработкой целого ряда пионерских решений, осуществленных как на нем самом, так и на стендах. Уникальным является, прежде всего, опыт обеспечения взрывопожаробезопасности самолета, использующего криогенные топлива! Разработанные принципы и технические решения этой задачи (например, впервые примененная в авиации система газового контроля) найдут применение на всех будущих криогенных самолетах. То же самое можно сказать и о силовой установке самолета, основные технические решения которой являются новыми. Схема и криогенные агрегаты двигателя, топливные насосы, система поддержания давления, наконец, криогенные топливные баки - все это может быть использовано в последующих разработках.

В ОАО "Туполев" разработана программа создания криогенных самолетов. На первом этапе этой программы создается самолет Ту-156. Грузопассажирский самолет Ту-156 предназначен для отработки в процессе длительной эксплуатации элементов бортовой криогенной топливной системы и ее сертификации, а также для отработки наземной инфраструктуры Криогенные агрегаты самолета будут устанавливаться на последующих серийных криогенных самолетах ОАО "Туполев". На самолете применяются два вида топлива: авиационный керосин и сжиженный природный газ, что позволяет эксплуатировать самолет на обычных аэродромах и на аэродромах, имеющих системы заправки СПГ. Применение двух видов топлива значительно повышает безопасность полетов. Самолет Ту-156 может перевозить 14т. полезного груза при полетах на дальность до 2600 км на СПГ и до 3300 км на СПГ керосине. В задней части пассажирского салона выделяется вентилируемый отсек в котором устанавливается основной криогенный бак, вмещающий 13т. СПГ. В переднем багажном отсеке выделяется вентилируемый отсек, в котором устанавливается центровочный криогенный топливный бак, состоящий из двух горизонтально расположенных сообщающихся сосудов, вмещающий 3,8 т СПГ. На самолет Ту-156 в основном выпущена техническая документация. Опытный экземпляр двигателя НК-89 и целый ряд других криогенных агрегатов изготовлены и испытываются на стендах. С целью обеспечения работ по созданию самолета Ту-156 готовится наземный стенд для испытания криогенной силовой установки.

На базе пассажирского сертифицированного среднемагистрального самолета Ту-204 с двигателями ПС-90А ведется проектирование среднемагистрального самолета Ту-204К с двигателями ПС-92, предназначенного для перевозки пассажиров на авиалиниях. Керосин на самолете размещается в крыльевых топливных баках, баки с СПГ располагаются на фюзеляже в обтекателе, имеющем форму с минимальным аэродинамическим сопротивлением. Топливная эффективность самолета Ту-204К составляет 19,6 г/пасс.км. Этот самолет способен перевозить 210 пассажиров на расстояние до 5200 км. В баки самолета заправляется 22,5 т СПГ и 5,5 т керосина в качестве аэронавигационного запаса. Разработанный на уровне технических предложений самолет Ту-204К использует основные элементы криосистемы, устанавливаемые на самолете Ту-156.

Начаты работы по созданию нового регионального грузопассажирского самолета Ту-136 с двумя двигателями ТВ7-117СФ, который имеет оптимальную компоновку, учитывающую свойства СПГ. Этот самолет предназначен для пассажирских и грузовых перевозок. Он может эксплуатироваться с аэродромов любого класса, в том числе с грунтовых - использоваться на сети трасс, связывающих областные центры России, и для грузопассажирских перевозок при обслуживании центров добывающей промышленности, а также как летающая лаборатория для инспектирования магистральных газопроводов районов Севера и Сибири. Самолет после сертификации сможет использоваться зарубежными авиакомпаниями в странах, имеющих развитую инфраструктуру потребителей природного газа. Этот самолет взлетной массой в 20 т будет перевозить 53 пассажира или до 5 т груза на расстояние до 2200 км со скоростью 550 км/ч на высоте около 7,2 км. Топливная экономичность самолета (около 20 г/пасс - км) соответствует лучшим мировым самолетам этого класса, а применение СПГ позволит примерно на 30 % сократить прямые эксплуатационные расходы.

Самолет спроектирован с учетом особенностей криогенного топлива. Он имеет дупланную аэродинамическую схему, логично совмещенную с криогенными топливными баками, конструктивно-силовая схема самолета выполнена с максимальной разгрузкой крыла и фюзеляжа от действия аэродинамических и массовых сил. Криогенные топливные баки вместимостью 3680 кг СПГ располагаются в двух вынесенных гондолах за двигательной силовой установкой. Совмещение миделя бака с миделем мотогондолы, а также сочетание поддерживающих пилонов с общей аэродинамической схемой самолета позволило расположить криогенные топливные баки вне фюзеляжа практически без увеличения аэродинамического сопротивления и усиления крыла. Короткие криогенные трассы имеют небольшую массу и не требуют супертеплоизоляции. Вынесенная от пассажирского салона силовая установка значительно повышает безопасность пассажиров и экипажа и упрощает ее экспериментальную отработку. Керосин заливается в крыльевые баки как в обычном самолете.

Ведется проектирование транспортного самолета Ту-330К с двигателем НК-94, работающим на сжиженном природном газе. Самолет предназначен для перевозки военных и гражданских грузов массой до 35 т. Авиакеросин на самолете размещается в крыльевых топливных баках, баки с СПГ располагаются на верхней части фюзеляжа в обтекателях, имеющих форму с минимальным аэродинамическим сопротивлением, и вмещают 22,6 т СПГ. Двигатель НК-94 для этого самолета разрабатывает ОАО "СНТК им. Н.Д. Кузнецова". Он является криогенной модификацией двигателя НК-93. Предусматривается возможность посадки самолета на грунтовой аэродром. В настоящее время проведена проработка самолета до уровня технических предложений. Самолет включает все основные элементы криосистемы, установленной на самолете Ту-156, и может использовать как СПГ, так и керосин.

Начаты проектные работы по созданию ближнемагистрального пассажирского самолета Ту-334К с двигателями BR-710C на базе самолета Ту-334. Он сможет перевозить 102 пассажира на расстояние до 2000 км на высоте до 10,6 км. В самолет заправляется 7 т СПГ и 2 т керосина в качестве аэронавигационного запаса. Основные элементы криогенной системы могут быть использованы с самолета Ту-156.