motore criogenico. Motori elettrici criogenici. Il principio di funzionamento di un impianto di refrigerazione criogenica

I motori sono progettati per l'uso in aeromobili con combustibile criogenico, per il trasporto terrestre ad alta velocità, in sistemi di propulsione elettrica per navi marittime, apparecchiature criogeniche industriali spaziali e generali per azionare pompe criogeniche, compressori assiali "freddi", ecc.

Come materiali attivi del rotore vengono utilizzati elementi ceramici superconduttori ad alta temperatura (HTSC) a base di ittrio o bismuto.

Principali vantaggi

Motori HTS vari tipi funzionanti in azoto liquido, hanno una potenza specifica in uscita 3-4 volte superiore ai tradizionali motori elettrici.

Dal 2005, il MAI sviluppa motori elettrici altamente dinamici per l'azionamento di criopompe nell'energia a idrogeno e sistemi di alimentazione criogenica per cavi di potenza SP. È stato dimostrato sperimentalmente che i motori altamente dinamici con magneti permanenti ed elementi volumetrici HTSC hanno una potenza di uscita 1,3-1,5 volte superiore rispetto ai motori sincroni convenzionali nelle stesse condizioni di raffreddamento in azoto liquido.

Nel 2007, presso il MAI, insieme a OAO NPO Energomash intitolato ad ak. V. P. Glushko e OAO AKB Yakor hanno creato e testato con successo un modello industriale di criopompa con azionamento elettrico HTSC per sistemi di crioalimentazione per cavi di alimentazione SP.

Sono stati completati lo sviluppo e il collaudo di motori con potenza fino a 100 kW. Sono in fase di sviluppo motori fino a 500 kW.

La novità delle soluzioni proposte è tutelata da sette brevetti di invenzione.

La ricerca viene svolta nell'ambito di progetti congiunti tedesco-russi che uniscono il Moscow Aviation Institute (Mosca), VNIINM im. A. A. Bochvara (Mosca), VEI (Mosca), Institute of Solid State Physics RAS (insediamento di Chernogolovka, regione di Mosca), IPHT (Jena, Deutschland), Oswald Elektromeotoren GmbH (Miltenberg, Deutschland), IEMA (Stoccarda, Deutschland), IFW ( Dresda, Germania), nonché nell'ambito del progetto Science for Peace tra il Moscow Aviation Institute e l'Università di Oxford (Regno Unito).

Principali caratteristiche tecniche

• Motori elettrici di tipo isteresi

• Motori reattivi

Come già accennato, per il funzionamento di una macchina termica sono necessari il calore e un frigorifero che, per definizione, deve avere una temperatura maggiore. Quasi sempre la temperatura del frigorifero è uguale alla temperatura dell'aria, mentre la temperatura della fonte di calore della camera di combustione, del reattore o del collettore solare può variare. Tuttavia, come fonte di calore può essere utilizzato un corpo con temperatura ambiente iJ, in questo caso il frigorifero dovrà avere una temperatura più bassa, i può essere ottenuto utilizzando liquidi criogenici, che i motori sono chiamati criogenici. Sono noti gli sviluppi dei motori _rimentali operanti a ciclo Rankine aperto con azoto liquido. Sulla fig. 3.16 mostra un diagramma di tali baffi - * e.

Molto azoto si trova in uno speciale serbatoio a pressione criogenico - Da questo serbatoio, il liquido viene inviato allo scambiatore di calore, attraverso il quale viene fornita una certa quantità di calore al fluido di lavoro, sufficiente; sull'evaporazione. In questo caso otterremo già azoto gassoso con pressione pt __ hierature Tv

Nella posizione iniziale, la valvola di scarico del cilindro di lavoro è chiusa e l'ingresso è aperto. Il cilindro riceve |i kmoli di azoto evaporato. Attivo. La pressione più bassa del gas lo fa affondare. Questo processo avveniva con acqua riscaldata a pressione (p2 = p,) e temperatura (T2 = Tu) costanti fino a che il gas riempiva il volume della bombola v2.

Abbiamo:

Nella posizione operativa successiva, la valvola di ingresso si chiude. L'elevata pressione del gas all'interno del cilindro porterà alla continuazione del movimento del pistone per aumentare il volume fino a quando la pressione del gas diventa pari a p3 e il volume che occupa è v3. Questo processo può avvenire sia isotermicamente (T3 = Tu) con fornitura di calore continua, sia adiabatico (T3< Тх) в завн! симости от типа используемого устройства. Рассмотрим более предпочтительны изотермический процесс:

Consideriamo ora il caso dell'espansione adiabatica, che è molto più facile da realizzare in situazioni reali. Se non c'è scambio di calore durante l'espansione, la temperatura del gas cambierà secondo la seguente legge:

Qui, per l'azoto, y = 1,4. Lavoro di espansione

c, \u003d R / (y - 1) \u003d 20,8 kJ Dkmol K).

I / atm \u003d Ra ™ "" 3 \u003d ^LT3"

In questo caso, il lavoro utile sarà uguale a

E s = pRT1-pRT3 + W23 = iiRT(Tl-T3) + iicv(T1-T3) = ii(Tl-T3)R-?-i. (38)

Pertanto, nell'esempio sopra, il lavoro finale ottenuto dall'espansione sarebbe 4,2 MJ/kmol, o 150 kJ/kg. Confronta questa cifra con 5,7 MJ/kmol, o 204 kJ/kg, nel caso dell'espansione isotermica, e con il calore specifico di combustione della benzina di 47.000 kJ/kg.

È chiaro che l'energia specifica del fluido di lavoro criogenico può essere aumentata -> aumentando la pressione di lavoro. Tuttavia, questo aumento obbedisce al logaritmico | | legge del cielo. Pertanto, con un aumento di dieci volte della pressione (fino a 10 MPa), l'energia specifica aumenterà a 11,4 MJ/kmol, o solo 2 volte. Si noti che una pressione di 10 MPa corrisponde a 100 atm. Creare un motore per una tale pressione di esercizio è un compito tecnico difficile: il motore sarà pesante e molto costoso.

I motori a combustione interna a benzina hanno un rendimento medio non superiore al 20%. Cioè, il lavoro utile per 1 kg di fluido di lavoro in un motore a benzina è 8000 kJ/kg o più, o quasi 40 volte di più che in un motore criogenico.

Nei primi campioni sperimentali di motori criogenici realizzati, i valori raggiunti di lavoro specifico sono stati inferiori a 50 kJ/kg. Un'auto dimostrativa con questo motore utilizzava 1 gallone di azoto per 0,3 miglia. Cioè, non è stato ancora possibile creare un motore criogenico sufficientemente pratico. È possibile che, dopo opportune modifiche, l'efficienza dei seguenti motori:*" possa essere notevolmente migliorata1).

I motori criogenici per veicoli non forniscono ancora un elevato chilometraggio. Il costo attuale dell'azoto liquido è di circa $ 0,5/kg, o $ 1,52/gallone. Tenendo conto dei valori raggiunti del chilometraggio specifico, ciò significa che a parità di chilometraggio, il costo dell'e usato - questo carburante sarà dieci volte superiore a quello dei motori a benzina.

Allo stesso tempo, un maggiore consumo specifico di "carburante" richiede una maggiore scorta di carburante. veicolo. E questo, a sua volta, porta ad una diminuzione del carico utile che l'auto può trasportare.

Nota. ed. Il primo e uno dei pochi sviluppatori del motore criogenico è. Università di Washington (USA), che ha creato il suo prototipo LN2000 basato sull'auto postale Grumman-Olson. Sull'auto è stato installato un motore a 5 cilindri esperto con una capacità di 15 litri. con., lavorando su azoto liquido secondo il ciclo Rankine aperto. Un motore criogenico forniva una velocità massima del veicolo di 35,4 km / h e una nave Dewar di 80 litri, che veniva utilizzata per immagazzinare azoto liquido a una pressione di 24 bar, fornendo un'autonomia di crociera di circa 2 miglia (3,2 km). Il veicolo criogenico nasce a metà degli anni '90 durante la ricerca di centrali elettriche per un veicolo di categoria ambientale ZEV (emissioni zero), alternativo alla trazione elettrica. Ci sono anche appassionati in Russia che stanno cercando di creare un motore criogenico efficiente. Tuttavia, un successo significativo, che indica le prospettive e la rilevanza di questa direzione per trasporto stradale, né in Russia né all'estero, non è stato ancora raggiunto.

L'unico indubbio vantaggio dei motori criogenici è la loro compatibilità ambientale. Tuttavia, la sicurezza ecologica di tali sistemi non è zero, poiché la produzione di azoto liquido richiede costi energetici, accompagnati da emissioni nocive. La domanda è se i benefici ambientali compensino i gravi svantaggi dei ventilatori criogenici sopra descritti.

Dimostra che l'efficienza teorica di un motore Stirling senza rigenerazione

dove ПCamot è l'efficienza del ciclo di Carnot corrispondente al dato intervallo di temperatura; v è il numero di gradi di libertà del fluido di lavoro (gas); r è il grado di compressione.

Quale gas è meglio usare come fluido di lavoro? Spiega perchè?

Negli esempi abbiamo assunto un rapporto di compressione di 10. Quale sarebbe l'efficienza del motore con un rapporto di compressione di 20? Quali svantaggi avrà una GTO con un rapporto di compressione più elevato? Ha senso aumentare il rapporto di compressione?

Disegna i processi caratteristici del motore Stirling nei diagrammi e T, S per l'esempio fornito nel testo. Qual è il significato fisico delle lunghezze sotto le curve p, V - e 7~, .Y - delle forze e delle potenze?

Consideriamo due cilindri A e B con pistoni all'interno. I volumi Ra - e all'interno dei cilindri possono variare indipendentemente. La h massima di ciascuno di questi cilindri è 10 m3, il volume minimo è zero. Cilindro: interconnesso idraulicamente in modo che il gas in qualsiasi punto del volume delle bombole abbia la stessa pressione. Al momento iniziale, il volume temporale del cilindro A è 10 m3 e quello del cilindro B è zero. In altre parole, il pistone A salirà e il pistone B scenderà. L'indice adiabatico del suo corpo è y = 1,4.

Nel sistema è presente molto gas (kmol) a una pressione di 0,1 MPa e una temperatura di 400 K.

3. Immaginate ora che il pistone A sia salito in modo tale che il volume nel cilindro si riduca a 1 m3, mentre il volume nel cilindro B rimane invariato. Quali sono la temperatura e la pressione del gas nelle condizioni di un processo adiabatico? Quanta energia viene spesa in compressione?

4. Quindi i pistoni hanno iniziato a muoversi contemporaneamente fino a quando il volume nel cilindro A è diventato uguale a zero e nel cilindro B - 1 m3. Quali sono la pressione e la temperatura del gas nella bombola B!

5. Il passaggio successivo consiste nel trasferire il calore al cilindro B in modo che* il volume sia aumentato a 10 m3. La temperatura del gas non cambia durante il processo. Quanto calore è stato trasferito al gas durante questo processo Che lavoro ha svolto il pistone B? Qual è la pressione del gas allo stato finale?

6. Ora il pistone B inizia a salire, mentre il pistone A si abbassa C'è un flusso di gas da un cilindro all'altro. Questo processo." teoricamente avviene senza dispendio di energia. Dal cilindro A il calore viene scaricato nell'ambiente e il gas viene raffreddato ad una temperatura di 400. Nella posizione finale, quando il cilindro A ha un volume massimo, qi è considerato completamente finito. Quanta energia è stata rilasciata nell'ambiente durante questo processo?

7. Qual è l'efficienza di questa macchina, ovvero qual è il rapporto tra il lavoro svolto e il calore ricevuto dal riscaldatore?

8. Come si confronta questa efficienza con l'efficienza del ciclo di Carnot?

9. Disegna i processi considerati nei diagrammi p, Y - e 7, ^.

10. Ottieni la formula per il rapporto efficienza vs. compressione Disegna una curva di efficienza vs. r nell'intervallo 1< г < 100.

11. Se il valore di efficienza ottenuto risulta essere chiaramente sovrastimato (non realistico), ad esempio pari a 10.000, quale sarà l'efficienza effettiva? Può superare l'efficienza del ciclo di Carnot? Spiega le tue scoperte.

3.4. Immagina una certa macchina dotata di un motore a scoppio: combustione interna (ciclo Otto). Questo motore utilizza benzina (per< стоты допустим, что бензин состоит из чистого пентана), и поэтому его степе сжатия ограничена и равна девяти. Номинальный удельный расход топлива а томобиля 40 миль/галлон.

Poiché il nol può essere utilizzato come carburante nei motori a benzina, il proprietario dell'auto ha deciso di convertirlo a questo tipo di carburante. Allo stesso tempo, lo step "compressione" è aumentato a 12. Ipotizziamo che in ogni caso l'auto efficiente reale sia circa la metà dell'efficienza teorica Qual è il consumo specifico di carburante di un'auto alimentata a etanolo?

Potere calorifico e densità inferiori delle sostanze considerate: pentano - 28,16 MJ/l, 0,626 kg/l; etanolo - 21,15 MJ / l, 0,789 kg / l.

Risolvi questo problema due volte, una per y = 1,67 e una per y = 1,4.

3.5. Consideriamo un cilindro con un pistone senza attrito. Nella fase iniziale dell'esperimento, contiene 1 litro di gas (y = 1,4, c. = 20 kJ/(K kmol)) ad una temperatura di 400 K e una pressione di 105 Pa.

Quanta benzina in kmol c'è nella bombola?

2 Qual è il prodotto pV!

GKst ora il pistone si muove con una diminuzione del volume del gas a 0,1 l. La compressione avviene adiabaticamente.

Qual è la pressione del gas dopo la compressione? A cosa corrisponde la temperatura del gas?

J Quanto lavoro è stato fatto dal compressore?

1 misura al gas porta isotermicamente 500 J di calore.

Qual era il volume del gas dopo?

Cosa è diventato uguale a sontuoso?

Poiché il gas si espande (il pistone si muove) quando viene aggiunto calore, che lavoro fa?

Ora il gas si espande adiabaticamente fino a raggiungere il volume di 1 litro.

Qual è la pressione del gas dopo l'espansione adiabatica? i Qual è la temperatura del gas?

Qual è il lavoro svolto nell'espansione adiabatica?

Lasciare che il calore del gas venga rimosso in modo isotermico fino a quando la sua pressione non è pari a 105 Pa. Il sistema torna quindi allo stato 1.

2. Qual è il lavoro totale del pistone trasferito al carico esterno? qual è la quantità totale di calore ricevuta dal sistema (il calore asportato non viene preso in considerazione qui)?

Qual è l'efficienza del dispositivo?

5 Qual è l'efficienza corrispondente del ciclo di Carnot?

No. Disegna i processi e l'intero ciclo in r. diagramma K.

Supponiamo che la benzina abbia un numero di ottano di 86. Il numero di ottano dell'etanolo è 160. Prendiamo y = 1,4.

1. Come è cambiato il potere calorifico di 1 litro di miscela rispetto al potere calorifico della benzina pura?

2. Qual è il numero di ottano dell'intera miscela?

Assumiamo che il rapporto di compressione massimo consentito del carburante sia r = 0,093 Og, gle Og è il numero di ottano.

3. Qual è il rapporto di compressione massimo di un motore a benzina? Motore a benzina mista?

4. Qual è l'efficienza relativa del motore?

5. Qual è il consumo specifico di carburante per unità di distanza percorsa nel caso in cui venga utilizzata benzina pura e quando venga utilizzata una miscela di carburante?

3.7. Un motore a pistoni a ciclo aperto funziona con aria atmosferica. che lo entra in una quantità di 23 ■ 10 () kmol ad una temperatura di 300 K e una pressione di 105 Pa. Il rapporto di compressione del motore è 5,74.

La compressione e l'espansione avvengono in modo adiabatico. L'apporto di calore è isobarico e la rimozione del calore è isotermica. Durante il ciclo vengono forniti al gas 500 Jb di calore. L'aria ha \u003d 20.790 J / (K - kmol) e y \u003d 1.4.

Qual è l'efficienza teorica del motore? Confrontalo con l'efficienza del ciclo di Carnot.

Fai quanto segue:

calcolare il volume iniziale del cilindro;

determinare per il processo di compressione adiabatica i valori finali di V, p, T e il lavoro richiesto:

determinare i parametri termodinamici del sistema dopo la fornitura di calore; Calcola il lavoro svolto nel processo di espansione.

3.8. Alcuni motori Stirling realizzano quando si esegue solo la metà; sua efficacia teorica. Il motore funziona nell'intervallo di temperatura da 1000 a 400 K. Quale sarà l'efficienza del dispositivo nei seguenti casi:

1. Se si utilizza un rigeneratore di calore ideale, argon come mezzo di lavoro e il rapporto di compressione è 10:1.

2. Alle stesse condizioni di cui al comma 1, il rapporto di compressione è 20:1.

3. Alle stesse condizioni di cui al comma 1, ma senza l'utilizzo di un rigeneratore.

4. Alle stesse condizioni di cui al comma 2, ma senza l'utilizzo di un rigeneratore.

3 9. Quando si utilizzano miscele arricchite, l'efficienza del motore Otto diminuisce, mentre quando si utilizza una miscela magra possono verificarsi problemi di accensione. La soluzione a questo problema può essere l'uso di motori a combustione stratificata.

Si consideri un motore con un rapporto di compressione di 9:1. Una miscela ricca ha y = 1,2, una miscela magra ha y = 1,6. A parità di altre condizioni, qual è il rapporto tra l'efficienza dell'utilizzo di una miscela magra e l'efficienza dell'utilizzo di una miscela ricca?

3.8. Si consideri un motore Otto ad accensione comandata avente le seguenti caratteristiche:

volume massimo della bombola VQ= 1 l (KN m3); rapporto di compressione r = 9:1; pressione all'estremità dell'ingresso p0 = 5 104 Pa; temperatura della miscela alla fine dell'ingresso 70 = 400 K; il valore medio dell'esponente adiabatico della miscela è 1,4;

capacità termica specifica della miscela (a volume costante) c = 20 kJDC - kmol).

Quale potenza viene trasferita al carico se l'albero motore ruota a una velocità > *00 giri/min?

Quali sono le masse: H - 1 dalton: C - 12 dalton; N - 14 dalton: 0-16 dalton. La presenza di argon nella miscela può essere trascurata.

3.12. Il potere calorifico più alto dell'n-eptano (a 1 atm e 20°C) è 48,11 MJ/kg. Qual è il potere calorifico netto?

3.13. 1 mole di un po' di gas (y = 1,6, cv = 13,86 J/(K kmol) a 300 K occupa 1 litro di volume. Per ogni passaggio seguente, determinare i valori p, Vu T.

Passaggio 1 -> 2.

Compressione adiabatica di gas fino a un volume di 0,1 l. Quanta energia è stata consumata TV12 durante la compressione?

Passaggio 2 -> 3.

Trasferimento isotermico di 10 kJ di calore al fluido di lavoro. Cos'è il lavoro esterno?

Passaggio 3 -> 4.

Espansione adiabatica del gas 10:1.

Passaggio 4 -> 1.

Rimozione del calore isotermico con ritorno del gas allo stato 1. Qual è la quantità di energia rimossa?

Qual è l'efficienza complessiva del ciclo?

Qual è l'efficienza del ciclo di Carnot corrispondente?

Che potenza avrà il motore se il suo albero ruota ad una frequenza di 5000 giri/min (5000 cicli al minuto)?

3.14. Nel motore Stirling discusso in precedenza, si verifica la compressione isotermica, seguita da immissione di calore isocora, compressione isotermica e rimozione di calore isocora.

La compressione isotermica è piuttosto difficile da fornire, specialmente nei motori ad alta velocità. Pertanto, assumiamo che il motore esegua una compressione adiabatica durante il funzionamento. Si noti che le altre fasi del motore in esame corrispondono alle fasi del motore precedentemente descritto. Quindi, con fornitura di calore isotermico, al fluido di lavoro vengono forniti 293 J. Cioè, il cilindro "caldo" dopo il processo di compressione adiabatica avrà una temperatura di 652 K fino alla fine del processo di fornitura di calore.

Determinare l'efficienza teorica del motore (senza recupero di calore) e confrontarla con l'efficienza del ciclo di Carnot corrispondente.

Determinare la potenza prodotta da un cilindro di questo motore, assumendo che l'efficienza di un motore reale sarà circa 2 volte inferiore all'efficienza di un motore ideale. La frequenza di rotazione dell'albero motore è di 1800 giri/min. Ogni rotazione dell'albero corrisponde a un ciclo completo del motore. Per i calcoli, prendi y \u003d 1.4.

3.15. Si supponga che il motore funzioni in un intervallo di temperatura compreso tra 1000 e 500 K con l'efficienza di un motore Carnot. La fonte di calore ha una potenza di 100 kW e una temperatura di 1500 K. Questo calore viene trasferito al fluido di lavoro del motore precedentemente descritto. Assumiamo che il trasferimento di calore avvenga ad un gradiente di temperatura che riduca la temperatura da 1500 a 1000 K. In questo caso, prendiamo l'efficienza di trasferimento del calore pari al 100%, ovvero si fornisce una potenza di 100 kW a il motore senza perdite.

Qual è il rendimento del motore sopra descritto, funzionante secondo il ciclo Irno? Qual è la potenza utile di questo sistema (motore)?

3.16. La caldaia a vapore fornisce vapore a turbina a vapore. Ci sono canali nelle pareti della caldaia attraverso i quali scorre il vapore. Queste pareti da un lato sono nella zona di azione della fiamma del focolare. La temperatura del vapore riscaldato è di 500 K, la temperatura della parete a contatto con la fiamma è di 1000 K. Un flusso di calore di 1 kW attraversa ogni centimetro quadrato della superficie riscaldante. La conducibilità termica delle pareti metalliche del canale X dipende dalla temperatura secondo la seguente legge: X = 355 - 0,111T (nel sistema SI). La temperatura sub-s è espressa in kelvin.

Calcola lo spessore della parete.

2 Determinare la temperatura nel punto medio tra la parete interna ed esterna del condotto.

I". Il motore Otto a quattro tempi con accensione a scintilla ha una cilindrata totale di 2 litri e funziona a metano (potere calorifico lordo 55,6 MJ / kg). Il rapporto di compressione nel motore è 10: 1. Viene utilizzato un sistema di iniezione per iniezione di carburante, che fornisce carburante in modo tale da mantenere il rapporto stechiometrico aan.L'indice adiabatico della miscela è 1,4 ■ la parete ha un livello medio di perdite, quindi la potenza effettiva che il motore produce è il 30% della ideale, all'inizio del processo di compressione, la pressione della miscela di lavoro è di soli 5 104 Na< температуре 350 К, так как гидравлические потери на входе можно считать небрежимо малыми.

mu è uguale alla potenza trasmessa dal motore al carico, se la frequenza del nemico - rgnia del suo albero è 5000 giri? Tenendo conto delle caratteristiche del motore, il calcolo va effettuato in base al potere calorifico inferiore del carburante.

18. Si consideri un motore ad accensione comandata con un rapporto di compressione di 9:1. Il gas all'interno della bombola ha y=1,5.

lo stato iniziale del fluido di lavoro ha i seguenti parametri: = I l;

io atm; Tx = 300 K.

Alla fine del processo di compressione vengono iniettati 10 mg di benzina, quindi la miscela di accensione è g "I. La combustione del carburante avviene istantaneamente. Supponiamo che il calore specifico della benzina sia 45 MJ / kg.

Determinare l'efficienza ideale del motore.

Calcolare l'efficienza del ciclo di Carnot corrispondente alle condizioni date.

3. Dimostrare che la riduzione della quantità di carburante iniettato per pip avvicinerà l'efficienza del ciclo Otto a quella del CEC di Carnot.

3.19. In un motore diesel, il carburante viene iniettato nell'aria compressa calda nel cilindro, dopodiché la miscela si accende spontaneamente. Assumiamo che il carburante venga erogato in modo relativamente lento, in modo che la combustione della miscela avvenga a pressione praticamente costante. Il rapporto di compressione r utilizzato nella maggior parte dei motori diesel è compreso tra 16:1 e 22:1. Nei motori diesel, l'accensione spontanea si verifica in modo affidabile a una temperatura dell'aria di almeno 800 K.

L'aria ha un rapporto tra calore specifico a pressione costante e calore specifico a volume costante pari a 1,4 (y = 1,4). La temperatura dell'aria di avviamento all'ingresso di un motore diesel freddo è di 300 K.

Quale dovrebbe essere il rapporto di compressione minimo richiesto per avviare il motore?

3.20. Si consideri una macchina che utilizza aria > i (y = 1,4) come fluido di lavoro ed esegue una serie sequenziale di processi termodinamici Al termine di ogni processo, determinare le caratteristiche dello stato del gas (pressione, volume e temperatura), così come l'energia caratteristica di ogni processo.

Nello stato iniziale (stato 1), il gas ha le seguenti caratteristiche px = 105 Pa; Vx = 10-3 m3; Tx = 300 K.

1. 1° processo (step I -> 2): compressione adiabatica, riduzione del volume a 10-4 m3.

2. 2° processo (step 2 -> 3): fornitura isobarica di 200 J di calore.

3. 3° processo (step 3 -> 4): espansione adiabatica fino a V4 = 10_3m3.

Calcolare tutta l'energia termica e meccanica che viene fornita al motore e tutta l'energia meccanica che gli viene sottratta. Sulla base di ciò, determinare l'efficienza della macchina. (Suggerimento: non dimenticare di tenere conto di tutti i processi che sprecano energia.)

3. 21. Nel ciclo del motore diesel si possono distinguere le seguenti fasi:

fase 1 2. Compressione adiabatica di aria pulita da volume Vx a volume " :

fase 2 -> 3. Combustione di combustibile a pressione costante con espansione dal volume V2 al volume K3;

fase 3^4. Espansione adiabatica dal volume V3 al volume V4; fase 4 -» 1. Rimozione del calore isocoro, in cui il gas si trova nelle condizioni originarie.

Il ciclo t è simile al ciclo Otto con l'unica differenza che nel nichel Otto la combustione procede in modo isocrico, mentre in un motore diesel è isobarica, osserviamo il ciclo in cui Fj = K) 3 m3, V2 = 50 W- 6 m3, V3 = 100 10-6 m3, = 105 Pa, 7] - 300 K e per tutti i processi considereremo y = 1.4.

Calcola l'efficienza del ciclo teorico.

Calcolare l'efficienza utilizzando l'equazione dell'efficienza del ciclo Diesel derivata nel Cap. 4.

Calcolare l'efficienza valutando tutta l'energia meccanica (compressione ed espansione) e tutti i processi termici (apporto termico e rimozione). Prestare molta attenzione quando si analizza ciò che accade durante la fase di combustione (2->3) quando l'energia di combustione del carburante viene rilasciata e contemporaneamente vengono eseguiti alcuni lavori meccanici.

ltats secondo i paragrafi. 2 e 3 dovrebbero essere gli stessi.

Sappiamo tutti che uno dei fondamenti della vita materiale dell'umanità moderna sono i ben noti minerali petrolio e gas. Gli idrocarburi benedetti sono presenti in un modo o nell'altro in qualsiasi area della nostra vita e la prima cosa che viene in mente a qualsiasi persona è il carburante. Si tratta di benzina, cherosene e gas naturale utilizzati in vari sistemi energetici (compresi i motori dei veicoli).

Quante macchine sulle strade del mondo e aerei nell'aria sono bruciati nei loro motori ... Il loro numero è enorme e il volume di carburante che vola, per così dire, nel tubo è altrettanto enorme (e allo stesso tempo ancora cercando di contribuire con la sua parte considerevole all'avvelenamento dell'atmosfera :-)). Tuttavia, questo processo non è infinito. Il petrolio, da cui viene prodotta la parte del leone del carburante mondiale (nonostante stia gradualmente perdendo terreno a favore del gas naturale), è in rapido declino. Il prezzo aumenta costantemente e la sua carenza si fa sentire sempre di più.

Questa situazione costringe da tempo ricercatori e scienziati di tutto il mondo a cercare fonti alternative di carburante, anche per l'aviazione. Una delle aree di tale attività era lo sviluppo dell'utilizzo di aeromobili combustibile criogenico.

Criogenico significa " nato freddo”, e il carburante in questo caso è gas liquefatto, che viene immagazzinato a temperature molto basse. Il primo gas che ha attirato l'attenzione degli sviluppatori in questo senso è stato l'idrogeno. Questo gas è tre volte più calorico del cherosene e, inoltre, quando viene utilizzato in un motore, acqua e una quantità molto piccola di ossidi di azoto vengono rilasciati nell'atmosfera. Cioè, è innocuo per l'atmosfera.

Velivolo TU-154B-2.

A metà degli anni '80 del secolo scorso, l'ufficio di progettazione di A.N. Tupolev iniziò a creare un aereo che utilizzava l'idrogeno liquido come carburante. È stato sviluppato sulla base del TU-154B seriale, utilizzando il motore turbojet bypass NK-88. Questo motore è stato creato nella costruzione del motore ufficio di progettazione. Kuznetsova(Samara) ancora una volta basato sul motore seriale per il Tu-154 NK-8-2 ed era destinato a funzionare con idrogeno o gas naturale. Va detto che questo ufficio lavora su nuovi argomenti dal 1968.

Lo stesso aereo Tu-155 è in deposito ... Sfortunatamente, un deposito disgustoso :-(.

Nuovo velivolo in funzione combustibile criogenico ha ricevuto il nome TU-155. Tuttavia, non tutto è così semplice. Il fatto è che l'idrogeno è un combustibile pericoloso. È estremamente infiammabile ed esplosivo. Ha un'eccezionale capacità di penetrazione, e può essere immagazzinato e trasportato solo allo stato liquefatto a temperature molto basse vicine allo zero assoluto (-273 gradi Celsius). Queste caratteristiche dell'idrogeno presentano un problema abbastanza grande.

Pertanto, il TU-155 era un laboratorio volante per la ricerca e la risoluzione di problemi esistenti e il velivolo base ha subito una radicale modifica durante la sua creazione. Al posto del motore destro NK-8-2, è stato installato un nuovo NK-88 criogenico (gli altri due sono rimasti nativi :-)). Nella parte posteriore della fusoliera, al posto dell'abitacolo, è stato posizionato un apposito serbatoio combustibile criogenico, idrogeno liquido, volume 20 mc. con potenziato schermo-vuoto isolamento, dove l'idrogeno potrebbe essere immagazzinato a temperature inferiori a meno 253 gradi Celsius. È stato fornito ai motori con uno speciale unità turbopompa come su un razzo.

Motore NK-88. Un massiccio gruppo turbopompa è visibile sulla parte superiore del motore.

A causa dell'elevata esplosività, è stato necessario rimuovere quasi tutte le apparecchiature elettriche dal vano con il serbatoio del carburante per escludere la minima possibilità di scintille e l'intero vano è stato costantemente spurgato con azoto o aria. Per il controllo dell'unità centrale elettricaè stato creato uno speciale sistema di controllo dell'elio. Inoltre, il vapore di idrogeno dal serbatoio doveva essere scaricato dai motori per evitare l'accensione. Per fare questo, hanno realizzato un sistema di drenaggio. Sull'aereo, i suoi rami sono ben visibili nella sezione di coda della fusoliera (soprattutto sulla chiglia).

Lo schema di layout del TU-155. Blu - serbatoio del carburante. Nello scomparto anteriore - attrezzatura di supporto. Rosso - motore criogenico.

In generale, sono stati creati e implementati più di 30 nuovi sistemi di aeromobili. In generale, il lavoro è stato svolto in modo grandioso :-). Ma avevamo anche bisogno di attrezzature a terra, non meno complesse, che fornissero attrezzature per il rifornimento e lo stoccaggio. È vero, allora lo sviluppo del sistema Buran era in pieno svolgimento, sul veicolo di lancio di cui l'idrogeno liquido era uno dei componenti del carburante. Pertanto, si credeva che tutto sarebbe stato messo su base industriale e non ci sarebbe stata carenza di carburante. Ma, penso, tutti capiscono che il carburante criogenico in un tale sistema diventa semplicemente di valore "d'oro". E questo significa che l'uso commerciale dell'idrogeno liquido nel prossimo futuro è difficilmente possibile. Pertanto, già allora c'era la preparazione per il passaggio a un altro tipo combustibile criogenico – gas naturale liquefatto(GNL).

Tuttavia, il 15 aprile 1988 ebbe luogo il primo volo del TU-155 su idrogeno liquido. Oltre a questo, c'erano 4 di questi voli. Successivamente, il TU-155 è stato modificato per i voli che utilizzano gas naturale liquefatto (GNL).

Questo tipo di carburante è molto più economico e più accessibile dell'idrogeno, ed è anche parecchie volte più economico del cherosene. Il suo potere calorifico è del 15% superiore a quello del cherosene. Inoltre, intasa poco l'atmosfera e può essere conservato a una temperatura di meno 160 gradi, che è fino a 100 gradi superiore a quella dell'idrogeno. Inoltre, sullo sfondo dell'idrogeno, il GNL è ancora meno infiammabile (sebbene, ovviamente, esista ancora un tale pericolo) e c'è sufficiente esperienza per mantenerlo in uno stato sicuro. Anche l'organizzazione della fornitura di gas (GNL) agli aeroporti, in generale, non è estremamente difficile. Quasi tutti i principali aeroporti hanno gasdotti. In generale, ci sono abbastanza vantaggi :-).

I primi voli del TU-155 già in uso combustibile criogenico gas naturale liquefatto ha avuto luogo nel gennaio 1989. (Il video qui sotto mostra questo.) C'erano anche circa 90 di questi voli. Tutti hanno dimostrato che il consumo di carburante è ridotto di quasi il 15% rispetto al cherosene, ovvero l'aereo diventa più economico e redditizio.

Ora un po' sulle prospettive ... Alla fine degli anni '90, il principale gestore delle riserve di gas russe, Gazprom, prese l'iniziativa di costruire all'inizio un cargo-passeggero, e poi solo un aereo passeggeri che potesse funzionare interamente a GNL. L'aereo ha ricevuto il nome TU-156 ed è stato creato sulla base dell'esistente TU-155. Su di esso dovevano essere installati tre nuovi motori NK-89. Questi sono simili all'NK-88, ma hanno due sistemi di alimentazione indipendenti: uno per e l'altro per combustibile criogenico(GNL). Questo era conveniente nel senso che non ovunque era possibile fare rifornimento di gas e l'aereo poteva, se necessario, passare da un sistema di alimentazione all'altro. Questo, secondo la tecnologia sviluppata, ha richiesto solo cinque minuti. NK-89 aveva anche uno scambiatore di calore nello spazio post-turbina, dove il gas liquefatto passava in uno stato gassoso e quindi entrava nella camera di combustione.

Sono stati effettuati molti lavori di ricerca e calcolo sul riassetto dei compartimenti e sulla posizione dei serbatoi di carburante. Entro l'anno 2000, tre TU-156 dovevano essere prodotti presso lo stabilimento aeronautico di Samara e la loro certificazione e operazione di prova iniziarono. Ma... Sfortunatamente, questo non è stato fatto. E gli ostacoli all'attuazione dei piani previsti erano esclusivamente finanziari.

Successivamente, sono stati sviluppati diversi altri progetti di aeromobili che utilizzano carburante criogenico (CNG), come, ad esempio, il TU-136 con motori turboelica funzionanti sia a cherosene che a gas liquefatto e il TU-206 a fusoliera larga con motori a turbogetto funzionanti GNL. Tuttavia, al momento, tutti questi progetti sono rimasti finora progetti.

Modello di aereo Tu-136.

Modello di aeromobile TU-206 (TU-204K).

Il tempo dirà come andranno le cose in quest'area della scienza e della tecnologia dell'aviazione. Mentre la creazione di aeromobili utilizzando combustibile criogenico ostacolato da diverse circostanze, oggettive e soggettive. Rimane ancora molto da fare nello sviluppo di sistemi aeronautici speciali, nello sviluppo delle infrastrutture di terra, nel trasporto di carburante e nei sistemi di stoccaggio. Ma questo argomento è estremamente promettente (e, secondo me, molto interessante :-)). L'idrogeno, con la sua enorme intensità energetica e riserve praticamente inesauribili, è il carburante del futuro. Questo si può dire con assoluta sicurezza. La fase di transizione a questo è l'uso del gas naturale.

E questo passo decisivo nel futuro è stato fatto in Russia. Sono orgoglioso di dirlo di nuovo :-). In nessuna parte del mondo c'è stato e fino ad oggi non ci sono aerei come il nostro TU-155. Vorrei citare le parole del famoso ingegnere aeronautico americano Karl Brewer: “ I russi hanno compiuto in aviazione un atto commisurato al volo del primo satellite della Terra!»

Questa è la vera verità! Voglio solo che queste cose vadano in un flusso (e i russi possono farlo :-)), e che questo flusso sia continuo e non si muova a scatti, come spesso accade con noi ...

Dearman in collaborazione con scienziati, leader imprese industriali e specialisti in apparecchiature criogeniche è specializzato nello sviluppo di tecnologie che utilizzano gas liquefatti. Il coronamento di questa ricerca è il motore Dearman, un motore alternativo all'avanguardia alimentato dall'espansione di azoto liquido o aria liquida per produrre energia fredda e meccanica rispettosa dell'ambiente.

Quando l'azoto passa da uno stato di aggregazione liquido a uno gassoso, questo gas si espande 710 volte. Questo aumento di volume viene utilizzato per azionare i pistoni del motore. I motori Dearman funzionano come motori a vapore alta pressione, ma al basso punto di ebollizione dell'azoto liquido. Ciò significa che sia il calore di scarto che la temperatura ambiente possono essere utilizzati come fonte di energia termica, eliminando la necessità di combustibili convenzionali.

Una caratteristica unica dei motori Dearman è l'uso di una miscela di acqua e glicole come liquido di raffreddamento. Quando questo liquido di raffreddamento viene miscelato con azoto estremamente freddo, questo liquido si espande in modo quasi isotermico, il che migliora notevolmente l'efficienza del motore.

È importante notare che il motore Dearman emette solo aria o azoto, senza emissioni di ossidi di azoto (NOx), anidride carbonica (CO2) o particolato.

La tecnologia Dearman presenta molti vantaggi rispetto ad altre tecnologie a basse emissioni di carbonio:

• Bassi costi di capitale e carbonio fisso: i motori Dearman sono costruiti con materiali convenzionali utilizzando tecnologie comuni nell'industria manifatturiera dei motori.
• Riempimento rapido: il gas liquido può essere trasferito tra i serbatoi a alte velocità. La moderna industria del gas utilizza sistemi in grado di distillare oltre 100 litri di gas liquido al minuto.
• Grandi quantità di infrastrutture esistenti: l'industria del gas è globale. Ora esiste un impianto di produzione di azoto liquido sufficientemente sviluppato per alimentare migliaia di motori Dearman.
• L'efficienza del processo di produzione del "combustibile": la liquefazione dell'aria è un processo consolidato che richiede solo aria ed elettricità.

• Gli impianti di produzione della liquefazione dell'aria possono essere utilizzati in modo molto flessibile, ad esempio durante le ore non lavorative o durante i periodi di carico parziale. Le fonti di energia rinnovabile possono essere utilizzate per ridurre ulteriormente i costi.

Come funziona

Il motore Dearman funziona così:
1. il liquido di raffreddamento viene pompato nei cilindri del motore, riempiendo quasi il loro intero volume;

2. quindi viene introdotto azoto criogenico nel cilindro, che entra in contatto con il fluido di scambio termico ed inizia ad espandersi;

3. il calore del liquido di raffreddamento viene assorbito dal gas in espansione, determinando un'espansione quasi isotermica;

4. Il pistone si abbassa, la valvola di scarico si apre e la miscela di gas e liquido di raffreddamento esce dal motore;

5. Il liquido di raffreddamento viene recuperato, riscaldato e riutilizzato mentre azoto o aria vengono rilasciati nell'atmosfera.

Sul territorio della LII intitolato a Gromov a Zhukovsky vicino a Mosca, c'è un aereo con un'iscrizione a bordo del Tu-155. Questa macchina unica è un laboratorio volante per testare sistemi e motori che utilizzano carburante criogenico. Il lavoro in questa direzione è stato svolto alla fine degli anni '80. Il Tu-155 è stato il primo aereo al mondo a utilizzare idrogeno liquido e gas naturale liquefatto come carburante. Sono passati 27 anni dal primo volo di questa insolita macchina. E ora è tranquillamente in piedi tra gli aerei dismessi. Diverse volte hanno voluto tagliarlo in metallo. Allora, cos'ha di unico questo aereo?
1.

Prima di parlare di questo velivolo, vale la pena spiegare cos'è il carburante criogenico e come si differenzia dal carburante a base di idrocarburi. La criogenia è un cambiamento nelle proprietà di varie sostanze a temperature estremamente basse. Cioè, combustibile criogenico significa "nato dal freddo". Si tratta dell'idrogeno liquido, che viene immagazzinato e trasportato allo stato liquido a temperature molto basse. E del gas naturale liquefatto, che ha anche temperature molto basse.

Rispetto al cherosene, l'idrogeno liquido presenta numerosi vantaggi. Ha tre volte il potere calorifico. Cioè, quando si bruciano masse uguali, più calore viene rilasciato dall'idrogeno, che colpisce direttamente caratteristiche economiche centrale elettrica. Inoltre, quando viene utilizzato, nell'atmosfera vengono rilasciati acqua e una piccolissima quantità di ossidi di azoto. Ciò rende la centrale innocua per l'atmosfera. Tuttavia, l'idrogeno è un combustibile molto pericoloso. Se miscelato con ossigeno, è estremamente infiammabile ed esplosivo. Ha un'eccezionale capacità di penetrazione, e può essere immagazzinato e trasportato solo allo stato liquefatto a temperature molto basse (-253°C).

Queste caratteristiche dell'idrogeno presentano un problema abbastanza grande. Ecco perché, insieme all'idrogeno liquido, anche il gas naturale era considerato un carburante per l'aviazione. Rispetto all'idrogeno, è molto più economico e più accessibile. Può essere conservato allo stato liquefatto a -160°C e rispetto al cherosene ha un potere calorifico superiore del 15%. È molte volte più economico del cherosene, il che lo rende anche economicamente conveniente come carburante per l'aviazione. Tuttavia, il gas naturale è altrettanto infiammabile, anche se in misura minore, dell'idrogeno. È stato con queste difficoltà che gli ingegneri del Tupolev Design Bureau hanno dovuto affrontare durante la creazione di un velivolo sperimentale Tu-155.
2.

I progettisti dell'aviazione hanno incontrato per la prima volta la tecnologia criogenica. Pertanto, il design non è andato solo nella quiete delle sale di design, ma anche nei laboratori di ricerca. I progettisti hanno introdotto passo dopo passo nuove soluzioni di progettazione e tecnologie che garantiscono la creazione di sistemi aeronautici fondamentalmente nuovi, una centrale criogenica e sistemi che ne consentono il funzionamento sicuro.
3.

Il laboratorio volante è stato creato sulla base del seriale Tu-154, modificato secondo lo standard Tu-154B. Numero della scheda URSS-85035. Vladimir Alexandrovich Andreev è stato nominato capo progettista del Tu-155. L'aereo presentava molte differenze fondamentali rispetto alla versione base. Un serbatoio del carburante criogenico con un volume di 17,5 m 3, insieme a un sistema di alimentazione del carburante e un sistema di mantenimento della pressione, costituivano un complesso sperimentale di carburante situato nella sezione di coda della fusoliera, separato dalle altre sezioni dell'aeromobile da una zona cuscinetto. Il serbatoio, le condutture e le unità del complesso di combustibili avevano un isolamento sottovuoto schermato, fornendo gli afflussi di calore specificati. Le zone cuscinetto proteggevano l'equipaggio e i compartimenti vitali dell'aeromobile in caso di violazione dei sistemi a idrogeno.
4.

L'aereo era equipaggiato con un motore sperimentale a turbogetto bypass NK-88, creato a Samara nell'ufficio di progettazione per la costruzione di motori sotto la guida dell'accademico Nikolai Dmitrievich Kuznetsov, basato su un motore seriale per il Tu-154 NK-8-2. È stato installato al posto del giusto motore standard e per il funzionamento utilizzava idrogeno o gas naturale. Gli altri due motori erano nativi e funzionavano a cherosene. Ora vengono rimossi. Ma l'NK-88 è rimasto al suo posto.
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7.

Per controllare e monitorare il complesso criogenico sull'aereo, esistono diversi sistemi:

Sistema ad elio che controlla le unità della centrale. Poiché il motore funzionava a idrogeno, era impossibile portarlo azionamenti elettrici. Ecco perché il suo sistema di controllo è stato sostituito con l'elio.

Un sistema di azoto che sostituisce l'aria nei compartimenti in cui sono possibili perdite di carburante criogenico.

Un sistema di controllo del gas che monitora l'ambiente gassoso nei compartimenti dell'aeromobile e avverte l'equipaggio in caso di perdite di idrogeno molto prima di una concentrazione esplosiva.

Sistema di controllo del vuoto in cavità termoisolanti.

Nel vano di carico della fusoliera anteriore ci sono bombole di azoto rotonde. Sono installati anche nella cabina dell'aeromobile sopra i finestrini. I serbatoi di elio sono installati sul pavimento invece dei sedili dei passeggeri. Più rack con strumentazione e apparecchiature di registrazione.

In generale, sono stati creati e implementati più di 30 nuovi sistemi di aeromobili. Tra le nuove tecnologie, un posto importante è occupato dal processo tecnologico che pulisce le cavità interne di tubazioni e unità. Perché con l'isolamento ad alte prestazioni e la tenuta al vuoto, la pulizia è la chiave per la futura sicurezza del volo.

L'abitacolo è stato ridisegnato. La partizione è stata spostata più in profondità nella cabina e la cabina di pilotaggio è stata attrezzata con i posti di lavoro del secondo ingegnere di volo, responsabile del funzionamento del motore sperimentale e dell'ingegnere di prova, che controllava il funzionamento dei sistemi sperimentali di bordo. Sul pavimento della cabina è stata montata una botola di fuga di emergenza.

È stato creato un complesso criogenico per l'aviazione per la manutenzione dell'aeromobile ed eseguire lavori di prova. Consisteva in un sistema di riempimento di idrogeno liquido (o gas naturale liquefatto), alimentazione pneumatica, alimentazione elettrica, controllo televisivo, analisi del gas, acqua nebulizzata in caso di incendio e controllo criogenico della qualità del carburante.

Nella fase dei test a terra, è stato verificato il funzionamento di tutti i sistemi sperimentali, compreso il funzionamento del motore NK-88 a idrogeno liquido. Sono state elaborate modalità di rifornimento, manutenzione dei sistemi del vuoto, modalità di funzionamento del sistema di alimentazione e sistemi di mantenimento della pressione in combinazione con un motore acceso. Allo stesso tempo, è stata elaborata la preparazione dell'aeromobile per il volo, il riempimento dei sistemi di bordo con elio e azoto.

La foto mostra un lungo tubo che si estende da sotto la fusoliera all'ugello del motore centrale. Si tratta di un sistema di scarico di emergenza per idrogeno liquido (gas naturale). Consentiva, se necessario, di drenare il carburante criogenico nella sezione dell'ugello di un motore normale medio. Durante le prove a terra sono state elaborate diverse situazioni legate al rischio di esplosione e incendio.

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Nel processo di preparazione diretta per il volo, l'idrogeno liquido è stato consegnato dalle petroliere. Erano collegati all'aereo attraverso condotte criogeniche fisse con valvole di intercettazione e collegamento, che fornivano le necessarie interruzioni antincendio tra l'aereo, la petroliera e il luogo in cui l'idrogeno scaricato veniva rilasciato nell'atmosfera. Dopo l'attracco delle navi cisterna, la qualità dell'idrogeno liquido è stata monitorata utilizzando uno speciale campionatore e un gascromatografo. Oltre alle consuete operazioni durante la preparazione del velivolo al volo, sono stati preparati il ​​motore sperimentale, i sistemi sperimentali del velivolo e il complesso di terra. Particolare attenzione è stata riservata alle apparecchiature antincendio e antideflagranti, ai sistemi di controllo del gas, all'azoto, al controllo del vuoto nelle cavità isolanti, all'impianto antincendio, alla ventilazione del vano del complesso combustibile e alla navicella del motore. Durante i test sono stati elaborati vari mezzi di protezione contro l'aumento della concentrazione di idrogeno nei compartimenti, sia utilizzando un mezzo neutro (azoto) sia tramite la ventilazione dell'aria del sistema di condizionamento di bordo.

A causa dell'elevata esplosività, quasi tutte le apparecchiature elettriche hanno dovuto essere rimosse dal vano del serbatoio del carburante. Ciò escludeva la minima possibilità di scintille e l'intero compartimento veniva costantemente spurgato con azoto o aria. Inoltre, il vapore di idrogeno dal serbatoio doveva essere scaricato dai motori per evitare l'accensione. Per fare questo, hanno realizzato un sistema di drenaggio. Uno dei suoi elementi cattura l'attenzione per la prima volta sulla chiglia dell'aereo. Questa è la carenatura del collettore di scarico.
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Per il primo volo, l'aereo è stato preparato presso la base di test e sviluppo di volo Zhukovskaya di Tupolev (ZhLIiDB). Il Tu-155 è stato rimorchiato al sito di avvio del motore. "Sono 035, per favore decollare." "035, decollo autorizzato." Il 15 aprile 1988, alle 17:10, un aereo Tu-155 con un motore alimentato a idrogeno liquido iniziò il suo primo volo da un aeroporto vicino a Mosca. Era pilotato da un equipaggio composto da: primo pilota - Pilota collaudatore onorato dell'URSS Vladimir Andreevich Sevankaev, copilota - Pilota collaudatore onorato dell'URSS Andrei Ivanovich Talalakin, ingegnere di volo - Anatoly Aleksandrovich Kriulin, secondo ingegnere di volo - Yuri Mikhailovich Kremlev , ingegnere capo dei test - Valery Vladimirovich Arkhipov.

Il volo è andato bene. Il controllo sulla sua attuazione è stato effettuato da tutti i servizi di terra e dal velivolo di scorta Tu-134. I sistemi elaborati e testati a terra sono stati testati per la prima volta in aria. Il volo è durato solo 21 minuti in piccoli cerchi a diverse altitudini non superiori a 600 metri. Si è conclusa un po' prima del previsto, per cui l'ingegnere di prova Valery Arkhipov aveva buone ragioni: nel compartimento dell'azoto, i sensori hanno rilevato la presenza di azoto, che sarebbe dovuto comparire automaticamente durante le perdite di idrogeno. Ma, grazie a Dio, il motivo era un altro. L'azoto è stato fornito attraverso una valvola a palloncino, che è stata depressurizzata quando l'aereo ha rotolato in entrambe le direzioni rispetto all'asse. È diventato chiaro solo sulla terra.

Solo il primo passo è stato compiuto per risolvere i complessi problemi dell'introduzione dell'idrogeno liquido come carburante per l'aviazione. Nel processo di prove di volo, sono stati effettuati voli per testare il funzionamento della centrale elettrica e dei sistemi aeronautici in varie modalità di volo e durante le evoluzioni dell'aeromobile. È stato lanciato un motore sperimentale, è stato testato il funzionamento dei sistemi di sicurezza contro le esplosioni e gli incendi nelle modalità di creazione di un ambiente neutro e ventilazione dell'aria. Nel giugno 1988, il programma di prove di volo a idrogeno liquido è stato completato completamente. Successivamente, il Tu-155 è stato modificato per i voli che utilizzano gas naturale liquefatto. Il primo volo con questo carburante ha avuto luogo il 18 gennaio 1989. L'aereo è stato testato da un equipaggio composto da: comandante della nave - Pilota collaudatore onorato dell'URSS Vladimir Andreevich Sevankaev, copilota - Valery Viktorovich Pavlov, ingegnere di volo - Anatoly Aleksandrovich Kriulin, secondo ingegnere di volo - Yuri Mikhailovich Kremlev, capo ingegnere di prova - Valery Vladimirovich Arkhipov.

Come ha detto il progettista generale Aleksey Andreyevich Tupolev: “Oggi, per la prima volta al mondo, un aereo è decollato utilizzando gas naturale liquefatto come carburante. E speriamo che questo primo volo di questo velivolo ci dia l'opportunità di raccogliere tutti i dati scientifici e sperimentali e costruire un aereo che i passeggeri potranno pilotare nel prossimo futuro".

I test hanno dimostrato che il consumo di carburante è ridotto di quasi il 15% rispetto al cherosene. Inoltre, hanno confermato la possibilità di un funzionamento sicuro dell'aeromobile con carburante criogenico. Nel corso di un'ampia serie di test sul Tu-155, sono stati stabiliti 14 record mondiali, oltre a diversi voli internazionali da Mosca a Bratislava (Cecoslovacchia), Nizza (Francia) e Hannover (Germania). Il tempo di funzionamento totale della centrale sperimentale ha superato le 145 ore.

Alla fine degli anni '90, il principale gestore delle riserve di gas russe, Gazprom, prese l'iniziativa di costruire inizialmente un cargo-passeggero, e poi solo un aereo passeggeri che potesse funzionare interamente a gas naturale liquefatto. L'aereo ha ricevuto il nome Tu-156 ed è stato creato sulla base dell'esistente Tu-155. Su di esso dovevano essere installati tre nuovi motori NK-89, simili all'NK-88, ma con due sistemi di alimentazione indipendenti: uno per il cherosene e l'altro per il combustibile criogenico. Sono stati effettuati molti lavori di ricerca e calcolo sul riassetto dei compartimenti e sulla posizione dei serbatoi di carburante.

Entro l'anno 2000, tre Tu-156 dovevano essere prodotti presso lo stabilimento aeronautico di Samara e iniziarono le loro operazioni di certificazione e prova. Sfortunatamente, questo non è stato fatto. E gli ostacoli all'attuazione dei piani previsti erano esclusivamente finanziari.

Probabilmente, possiamo dire che il Tu-155 era in anticipo sui tempi. Per la prima volta sono stati utilizzati sistemi su di esso, a cui l'umanità tornerà. E il Tu-155 merita di stare in un museo e non tra gli aerei dismessi dimenticati.

All'International Aviation and Space Salon MAKS-2015 Società scientifica e di ingegneria "NIK" e B La Fondazione di beneficenza "Legends of Aviation" con il supporto dell'amministrazione della città di Zhukovsky e OJSC "Aviasalon" ha presentato per la prima volta questo velivolo unico al grande pubblico.

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