Kriogeninis variklis. Kriogeniniai elektros varikliai. Kriogeninio šaldymo įrenginio veikimo principas

Varikliai skirti naudoti orlaiviuose su kriogeniniu kuru, greitam sausumos transportui, jūrų laivų elektrinėse varymo sistemose, kosminėje ir bendroje pramoninėje kriogeninėje įrangoje kriogeniniams siurbliams varyti, „šaltiesiems“ ašiniams kompresoriams ir kt.

Kaip aktyviosios rotoriaus medžiagos naudojami aukštos temperatūros superlaidūs (HTSC) keraminiai elementai itrio arba bismuto pagrindu.

Pagrindiniai privalumai

Įvairių tipų HTSC varikliai, veikiantys skystu azotu, turi 3-4 kartus didesnę savitąją išėjimo galią nei įprastų elektros variklių.

Nuo 2005 m. MAI kuria itin dinamiškus elektros variklius vandenilio energijos kriosiurblių pavaroms ir kriogenines maitinimo kabelių JV kabelių tiekimo sistemas. Eksperimentiškai įrodyta, kad labai dinamiškų variklių su nuolatiniais magnetais ir tūriniais HTSC elementais išėjimo galia yra 1,3-1,5 karto didesnė nei įprastų sinchroninių variklių su tokiais pat aušinimo režimais skystame azotu.

2007 m. MAI kartu su UAB NPO Energomash pavadinta ak. VP Glushko "ir OJSC" AKB Yakor "sukūrė ir sėkmingai išbandė pramoninį kriosiurblio prototipą su HTSC elektrine pavara, skirta kriogeninėms JV maitinimo kabelių tiekimo sistemoms.

Baigti iki 100 kW galios variklių kūrimas ir bandymai. Kuriami varikliai iki 500 kW.

Siūlomų sprendimų naujumas saugomas septyniais išradimų patentais.

Tyrimas atliekamas pagal bendrus Vokietijos ir Rusijos projektus, vienijančius MAI (Maskva), VNIINM im. A. A. Bochvara (Maskva), VEI (Maskva), ISSP RAS (gyvenvietė Černogolovka, Maskvos sritis), IPHT (Jena, Vokietija), Oswald Elektromeotoren GmbH (Miltenbergas, Vokietija), IEMA (Štutgartas, Vokietija), IFW (Drezdenas, Vokietija) , taip pat pagal projektą Mokslas taikai tarp MAI ir Oksfordo universiteto (JK).

Pagrindinės techninės charakteristikos

Histerezės tipo varikliai

Reaktyvieji varikliai

Kontaktai:
+7 499 158-45-67

Kaip jau minėta, šilumos variklio darbui reikalingas radiatorius ir šaldytuvas, kurie pagal apibrėžimą turi turėti aukštesnę temperatūrą. Šaldytuvo temperatūra beveik visada yra tokia pati kaip oro temperatūra, o degimo kameros, reaktoriaus ar saulės kolektoriaus šilumos šaltinio temperatūra gali skirtis. Tačiau šilumos šaltinyje gali būti naudojamas korpusas su aplinkos temperatūra iJ Šiuo atveju šaldytuve turėtų būti žemesnė temperatūra, kurią galima gauti naudojant kriogeninius skysčius, kurie varikliai vadinami kriogeniniais. Yra žinomi psichinių variklių, veikiančių pagal atvirą Rankine ciklą, naudojant skystąjį azotą, patobulinimai. Fig. 3.16 parodyta tokių ūsų schema - * ir.

Lengvasis azotas yra specialiame kriogeniniame rezervuare esant slėgiui - Iš šio rezervuaro skystis nukreipiamas į šilumokaitį, per kurį darbiniam skysčiui tiekiamas tam tikras šilumos kiekis, pakanka; apie garavimą. Tokiu atveju jau gausime dujinį azotą, kurio slėgis pt __ ir temperatūra Tv

pradinėje padėtyje darbinio cilindro išleidimo vožtuvas yra uždarytas, o įleidimo anga yra I ікріт. Į cilindrą patenka | і kmol išgarinto azoto. Vaidyba. Dėl mažo dujų slėgio jis nukrenta. Šis procesas vyksta pašalinant šilumą esant pastoviam slėgiui (p2 = p,) ir temperatūrai (T2 = Ty) poroms, kol dujos užpildo cilindro tūrį v2.

Mes turime:

Kitoje darbo padėtyje įleidimo vožtuvas užsidaro. Padidėjęs dujų slėgis cilindro viduje sukels tolesnį stūmoklio judėjimą ir padidins tūrį, kol dujų slėgis taps lygus p3, o jo užimamas tūris - v3. Šis procesas gali vykti ir izotermiškai (T3 = Tu) tęsiant šilumos tiekimą, ir adiabatiškai (T3< Тх) в завн! симости от типа используемого устройства. Рассмотрим более предпочтительны изотермический процесс:

Dabar panagrinėkime adiabatinės ekspansijos atvejį, kurį realiame gyvenime atlikti daug lengviau. Jei plėtimosi metu nėra šilumos mainų, dujų temperatūra pasikeis pagal šį dėsnį:

Čia azoto atveju y = 1,4. Plėtimo darbai

s, = R / (y - 1) = 20,8 kJDcmol K).

I / atm = Ra ™ "" 3 = ^ LT3 "

Šiuo atveju naudingas darbas bus lygus

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

Taigi aukščiau aptartame pavyzdyje galutinis darbas, gautas plečiant, bus lygus 4,2 MJ / kmol arba 150 kJ / kg. Palyginkite šį skaičių su 5,7 MJ / kmol arba 204 kJ / kg izoterminio plėtimosi atveju ir su specifine benzino degimo šiluma 47 000 kJ / kg.

Aišku, kad kriogeninio darbinio skysčio specifinę energiją galima padidinti -> didinant darbinį slėgį. Tačiau šiam augimui taikomas logaritminis | įstatymas. Taigi, padidėjus slėgiui 10 kartų (iki 10 MPa), savitoji energija padidės iki 11,4 MJ / kmol arba tik 2 kartus. Atkreipkite dėmesį, kad 10 MPa slėgis atitinka 100 atm. Tam sukurti variklį darbinis slėgis- sudėtinga techninė problema: variklis bus sunkus ir labai brangus.

Benzininių vidaus degimo variklių vidutinis efektyvumas nesiekia 20%. Tai yra, naudingas darbas 1 kg darbinio skysčio benzininiame variklyje yra 8000 kJ / kg ar daugiau arba beveik 40 kartų daugiau nei kriogeniniame variklyje.

Sukurtuose pirmuosiuose eksperimentiniuose kriogeniniuose varikliuose konkretaus darbo pasiektos vertės buvo mažesnės nei 50 kJ / kg. Demonstraciniame automobilyje su tokiu varikliu 0,3 mylios buvo sunaudota 1 galoras azoto. Tai yra, dar nepavyko sukurti pakankamai praktiško kriogeninio variklio. Gali būti, kad po atitinkamų modifikacijų efektyvumas yra toks: * "varikliai gali būti žymiai patobulinti1).

Kriogeniniai varikliai transporto priemonėms dar neužtikrina didelės ridos. Dabartinė skysto azoto kaina yra 0,5 USD / kg arba 1,52 USD / galoną. Atsižvelgiant į pasiektas konkrečios ridos reikšmes, tai reiškia, kad esant tokiai pačiai ridai, sunaudoto d - šio kuro kaina bus dešimt kartų didesnė nei benzininių variklių.

Tuo pačiu didesnės specifinės „kuro“ sąnaudos reikalauja didesnio jo rezervo. transporto priemonė... O tai, savo ruožtu, sumažina naudingąją apkrovą, kurią gali vežti transporto priemonė.

apytiksliai red. Pirmasis ir vienas iš nedaugelio kriogeninio variklio kūrėjų yra. Vašingtono universitetas (JAV), sukūręs savo LN2000 prototipą Grumman-Olson pašto transporto priemonės pagrindu. Automobilyje buvo sumontuotas patyręs 5 cilindrų 15 litrų darbinio tūrio variklis. su., dirbant su skystu azotu atvirame Rankine cikle. Kriogeninis variklis užtikrino maksimalų 35,4 km/h transporto priemonės greitį, o Dewar indą – 80 litrų, kuris buvo naudojamas skystam azotui laikyti esant 24 barų slėgiui, užtikrinant maždaug 2 mylių (3,2 km) kreiserinį atstumą. Kriogeninis automobilis buvo sukurtas 90-ųjų viduryje, ieškant jėgainių ekologinės kategorijos ZEV (su nuliniais viršijimo) automobiliui, alternatyviai elektrinei pavarai. Rusijoje taip pat yra entuziastų, bandančių sukurti efektyvų kriogeninį variklį. Tačiau reikšmingos sėkmės, kurios kalba apie šios krypties efektyvumą ir aktualumą kelių transportas, nei Rusijoje, nei užsienyje, dar nepasiekta.

Vienintelis neabejotinas kriogeninių variklių pranašumas yra jų ekologiškumas. Tačiau tokių sistemų nekenksmingumas aplinkai nėra lygus nuliui, nes skysto azoto gamybai reikia energijos sąnaudų, kurias lydi kenksmingi išmetimai. Kyla klausimas, ar aplinkosauginiai pranašumai kompensuoja rimtus aukščiau aprašytus kriogeninių degiklių trūkumus.

Įrodykite, kad teorinis Stirlingo variklio efektyvumas be regeneracijos

čia ПCamot yra Carnot ciklo efektyvumas, atitinkantis nurodytą temperatūros diapazoną; v – darbinio skysčio (dujų) laisvės laipsnių skaičius; g - suspaudimo laipsnis.

Kokias dujas geriau naudoti kaip darbinį skystį? Paaiškink kodėl?

Pavyzdžiuose padarėme prielaidą, kad suspaudimo laipsnis yra 10. Koks būtų variklio efektyvumas, kai suspaudimo laipsnis yra 20? Kokius trūkumus turės gsto esant didesniam suspaudimo laipsniui? Ar prasminga didinti suspaudimo laipsnį?

Diagramose nubrėžkite Stirlingo varikliui būdingus procesus, o tekste pateiktam pavyzdžiui T, S. Kokią fizinę reikšmę turi ilgiai po kreivėmis p, V - ir 7 ~, V - v ir s bei m osty?

Apsvarstykite du cilindrus A ir B su stūmokliais viduje. Ra - e tūriai cilindrų viduje gali būti keičiami nepriklausomai. Didžiausias kiekvieno iš šių balionų h yra 10 m3, mažiausias tūris yra nulis. Cilindras - jie yra hidrauliškai sujungti, kad dujos bet kuriame balionų tūrio taške būtų vienodo slėgio. Pradiniu laiko momentu baliono A tūris lygus 10 m3, o baliono B tūris lygus nuliui. Kitaip tariant, stūmoklis A kils aukštyn, o stūmoklis B nusileis. Jo kūno adiabatinis indeksas yra y = 1,4.

Sistemoje yra tik 0,1 MPa slėgio ir 400 K temperatūros dujų (kmol).

3. Dabar įsivaizduokite, kad stūmoklis A pakilo taip, kad tūris cilindre sumažėja iki 1 m3, o tūris cilindre B lieka nepakitęs. Kokia yra m> dujų temperatūra ir jų slėgis adiabatinio proceso sąlygomis? Kaip suspaudimo metu eikvojama energija?

4. Tada stūmokliai pradėjo judėti vienu metu, kol tūris A cilindre tapo lygus nuliui, o cilindre B - 1 m3. Koks yra dujų slėgis ir temperatūra balione B!

5. Kitas žingsnis – šilumos perdavimas į cilindrą B, kad * tūris padidėtų iki 10 m3. Dujų temperatūra proceso metu nekinta. Kiek šilumos šio proceso metu buvo perduota dujoms. Kokį darbą atliko stūmoklis B? Koks galutinis dujų slėgis?

6. Dabar stūmoklis B pradeda kilti, o stūmoklis A nuleidžiamas. Dujos teka iš vieno cilindro į kitą. Šis procesas“. teoriškai vyksta nenaudojant energijos. Iš baliono A šiluma išleidžiama į aplinką, o dujos atšaldomos iki 400. Galutinėje padėtyje, kai balionas A turi didžiausią tūrį, ci laikoma visiškai užbaigta. Kiek energijos buvo išleista į aplinką šio proceso metu?

7. Koks yra tam tikros mašinos naudingumo koeficientas, ty koks yra atlikto darbo kiekio ir iš šildytuvo gaunamos šilumos santykis?

8. Kaip šis efektyvumas lyginamas su Carnot ciklo efektyvumu?

9. Nubraižykite nagrinėjamus procesus p, Y - ir 7, ^ diagramose.

10. Gaukite efektyvumo ir suspaudimo santykio formulę. Nubrėžkite efektyvumo ir g kreivę diapazone 1< г < 100.

11. Jei gauta naudingumo reikšmė paaiškėtų aiškiai pervertinta (n realu), pavyzdžiui, lygi 10 000, koks būtų tikrasis efektyvumas? Ar jis gali viršyti Carnot ciklo efektyvumą? Paaiškinkite savo išvadas.

3.4. Įsivaizduokite tam tikrą mašiną su kibirkštiniu varikliu: vidaus degimo (Otto ciklas). Šis variklis naudoja benziną (pr< 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.

Kadangi benzininiai varikliai gali naudoti nol kaip degalus, automobilio savininkas nusprendė jį pakeisti į tokio tipo degalus. Tuo pačiu metu žingsnis ", suspaudimas" padidėjo iki 12. Darykime prielaidą, kad bet kuriuo atveju reali efektyvi transporto priemonė yra maždaug lygi pusei teorinio naudingumo. Kokios specifinės degalų sąnaudos automobiliui, važiuojančiam etanoliu?

Mažiausias nagrinėjamų medžiagų kaloringumas ir tankis: pentanas - 28,16 MJ / l, 0,626 kg / l; etanolis - 21,15 MJ / l, 0,789 kg / l.

Išspręskite šią užduotį du kartus, vieną kartą, kai y = 1,67, o kitą, kai y = 1,4.

3.5. Apsvarstykite cilindrą su stūmokliu be trinties. Pradiniame eksperimento etape jame yra 1 litras dujų (y = 1,4, c = 20 kJ / (K kmol)), esant 400 K temperatūrai ir 105 Pa slėgiui.

Kiek dujų, kilometrais, yra balione?

2 Koks yra produktas pV šiuo atveju!

GKst dabar stūmoklis juda sumažėjus dujų kiekiui iki 0,1 l. Suspaudimas yra adiabatinis.

Koks yra dujų slėgis po suspaudimo? і Kam lygi dujų temperatūra?

J Kokį darbą atliko kompresorius?

1 matu izotermiškai tiekiame 500 J šilumos į dujas.

і Koks dujų tūris po to?

Koks buvo sukibimo lygis?

Kadangi tiekiant šilumą dujos plečiasi (stūmoklis juda), kokį darbą atlieka?

Dabar dujos plečiasi adiabatiškai, kol jų tūris yra lygus 1 litrui.

Koks yra dujų slėgis po adiabatinio išsiplėtimo? і Kokia yra dujų temperatūra?

koks darbas atliekamas adiabatinėje plėtroje?

Leiskite šilumą pašalinti iš dujų izotermiškai, kol jų slėgis bus lygus 105 Pa. Tokiu atveju sistema grįžta į 1 būseną.

2. Koks bendras stūmoklio darbas, perkeltas į išorinę apkrovą? koks bendras šilumos kiekis, kurį gauna sistema (atmesta šiluma čia neįskaitoma)?

Koks yra įrenginio efektyvumas?

5 Koks yra atitinkamas Carnot ciklo efektyvumas?

Nr. Nubraižykite procesus ir visą ciklą p. K diagrama.

Tarkime, kad benzino oktaninis skaičius yra 86. Etanolio oktaninis skaičius yra 160. Tarkime, kad y = 1,4.

1. Kaip pakito 1 litro mišinio šilumingumas, lyginant su gryno benzino kaloringumu?

2. Koks yra viso mišinio oktaninis skaičius?

Tarkime, kad didžiausias leistinas kuro suspaudimo laipsnis yra r = 0,093 Og, kur Og yra oktaninis skaičius.

3. Koks didžiausias benzininio variklio suspaudimo laipsnis? Mišraus kuro variklis?

4. Koks santykinis variklio efektyvumas?

5. Kokios yra specifinės degalų sąnaudos nuvažiuoto atstumo vienetui, kai naudojamas grynas benzinas ir kuro mišinys?

3.7. Atviros grandinės stūmoklinis variklis veikia atmosferos oru. kuris į jį patenka 23 10 () kmol, esant 300 K temperatūrai ir 105 Pa slėgiui. Variklio suspaudimo laipsnis yra 5,74.

Susitraukimas ir išsiplėtimas yra adiabatinis. Šiluma tiekiama izobariškai, o šiluma pašalinama izotermiškai. Per ciklą dujoms tiekiama 500 Jb šilumos. Oras turi c. = 20 790 J / (K - kmol) ir y = 1,4.

Koks teorinis variklio efektyvumas? Palyginkite tai su Karnot ciklo efektyvumu.

Atlikite šiuos veiksmus:

apskaičiuokite pradinį cilindro tūrį;

adiabatinio suspaudimo procesui nustatyti galutines V, p, T vertes ir reikalingą darbą:

nustatyti termodinaminius sistemos parametrus po šilumos tiekimo; apskaičiuokite tobulą darbą plėtimosi procese.

3.8. Kai kurie Stirlingo varikliai veikia tik pusę; jo teorinis efektyvumas. Variklis dirba temperatūrų diapazone nuo 1000 iki 400 K. Koks bus įrenginio efektyvumas šiais atvejais:

1. Jei naudojate idealų šilumos regeneratorių, kaip darbo terpę argoną, o suspaudimo laipsnis yra 10:1.

2. Tomis pačiomis sąlygomis kaip 1 punkte, suspaudimo laipsnis yra 20:1.

3. Tomis pačiomis sąlygomis kaip ir 1 punkte, bet nenaudojant regeneratoriaus.

4. Tomis pačiomis sąlygomis kaip ir 2 punkte, bet nenaudojant regeneratoriaus.

3 9. Naudojant sodrius mišinius, Otto variklio efektyvumas mažėja, o dirbant su liesu mišiniu gali kilti užsidegimo problemų. Šios problemos sprendimas gali būti sluoksninio degimo variklių naudojimas.

Apsvarstykite variklį, kurio suspaudimo laipsnis yra 9: 1. Turtingas mišinys turi y = 1,2, liesas mišinys y = 1,6. Jei visi kiti dalykai yra vienodi, koks yra ■ »Lieso mišinio naudojimo efektyvumo ir naudojimo efektyvumo santykis - V. 4 sodraus mišinio?

3.8. Apsvarstykite kibirkštinio uždegimo Otto variklį, turintį šias charakteristikas:

didžiausias baliono tūris VQ = 1 l (KN m3); suspaudimo laipsnis r = 9:1; slėgis įleidimo angos gale p0 = 5 104 Pa; mišinio temperatūra įleidimo angos gale 70 = 400 K; vidutinė mišinio adiabatinio indekso reikšmė yra 1,4;

mišinio savitoji šiluminė talpa (esant pastoviam tūriui) c = 20 kJDC - kmol).

Kokia galia perduodama apkrovai, jei variklio velenas sukasi > * 00 aps./min.

Chtomnye masės: H - 1 daltonas: C - 12 daltonų; N – 14 daltonų: 0–16 dal – tonas. Galima nepaisyti argono buvimo mišinyje.

3.12. Didžiausia i-heptano degimo šiluma (esant 1 atm ir 20 ° C) yra 48,11 MJ / kg. Kokia yra grynoji kaloringumas?

3.13. 1 molis tam tikrų dujų (y = 1,6, cv = 13,86 J / (K kmol) 300 K temperatūroje užima 1 litrą. Kiekvienam toliau aprašytam žingsniui nustatykite p, Vu T reikšmes.

1 veiksmas -> 2.

Adiabatinis dujų suspaudimas iki 0,1 litro tūrio. Kiek energijos tV12 buvo sunaudota suspaudimui?

2 veiksmas -> 3.

Izoterminis 10 kJ šilumos perdavimas darbiniam skysčiui. Kam lygus išorinis darbas?

3 veiksmas -> 4.

Adiabatinis dujų išsiplėtimas 10: 1.

4 veiksmas -> 1.

Izoterminis šilumos pašalinimas su dujų grąžinimu į būseną 1. Kam lygi pašalinta energija?

Koks yra bendras ciklo efektyvumas?

Koks yra atitinkamo Carnot ciklo efektyvumas?

Kokią galią turės variklis, jei jo velenas sukasi 5000 aps./min (5000 ciklų per minutę)?

3.14. Anksčiau aptartame Stirlingo variklyje vyksta izoterminis suspaudimas, po kurio seka izochorinis šilumos įvedimas, izoterminis suspaudimas ir izochorinis šilumos pašalinimas.

Izoterminį suspaudimą sunku pasiekti, ypač greitaeigiuose varikliuose. Todėl darome prielaidą, kad veikimo metu variklis atlieka adiabatinį suspaudimą. Atkreipkite dėmesį, kad kitos nagrinėjamo variklio fazės atitinka anksčiau aprašyto variklio fazes. Taigi, esant izoterminiam šilumos tiekimui, į darbinį skystį tiekiama 293 J. Tai yra, "karšto" cilindro po adiabatinio suspaudimo proceso temperatūra iki šilumos tiekimo proceso pabaigos bus 652 K.

Nustatykite teorinį variklio efektyvumą (be šilumos atgavimo) ir palyginkite jį su atitinkamo Carnot ciklo efektyvumu.

Nustatykite galią, kurią sukuria vienas duoto variklio cilindras, darant prielaidą, kad tikrojo variklio naudingumo koeficientas bus maždaug 2 kartus mažesnis nei idealaus. Variklio veleno greitis yra 1800 aps./min. Kiekvienas veleno sukimosi apsisukimas atitinka vieną visą variklio ciklą. Skaičiavimams imkite y = 1,4.

3.15. Tarkime, kad variklis veikia temperatūros diapazone nuo 1000 iki 500 K ir yra toks pat efektyvus kaip Carnot variklis. Šilumos šaltinio galia 100 kW, o temperatūra 1500 K. Ši šiluma perduodama anksčiau aprašyto variklio darbiniam skysčiui. Tarkime, kad šilumos srauto perdavimas vyksta esant temperatūros gradientui, kuris sumažina temperatūrą nuo 1500 iki 1000 K. Laikoma, kad šilumos perdavimo efektyvumas yra 100%, ty varikliui be nuostolių tiekiama 100 kW galia. .

Koks yra aukščiau nurodyto variklio, veikiančio Iirno ciklu, efektyvumas? Kokia šios sistemos (variklio) naudingoji galia?

3.16. Garo katilas tiekia garą į garo turbiną. Katilo sienelėse yra kanalai, kuriais teka garai. Iš vienos pusės šios sienos yra krosnies liepsnos zonoje. Įkaitinto garo temperatūra 500 K, sienelės, besiliečiančios su liepsna, temperatūra 1000 K. Per kiekvieną šildymo paviršiaus kvadratinį centimetrą praeina 1 kW šilumos srautas. Kanalo X metalinių sienelių šilumos laidumas priklauso nuo temperatūros taip: X = 355 - 0,111T (SI). Temperatūra pateikiama kelvinais.

Apskaičiuokite sienelės storį.

2 Nustatykite temperatūrą vidurio taške tarp vidinės ir išorinės ortakio sienelių.

I ". Keturių taktų "Otto" kibirkštinio uždegimo variklio bendras tūris yra 2 litrai ir jis veikia metanu (didysis kaloringumas 55,6 MJ / kg). Suspaudimo šiluma variklyje yra 10: 1. Degalų įpurškimo sistemoje naudojamas įpurškimas sistema, tiekianti degalus taip, kad būtų išlaikytas nurodytas stechiometrinis santykis. Mišinio adiabatinis indeksas yra 1,4.< температуре 350 К, так как гидравлические потери на входе можно считать небрежимо малыми.

ar variklio galia perduodama apkrovai, jei jo veleno sukimosi dažnis yra 5000 aps./min? Atsižvelgiant į variklio ypatumus, skaičiavimas turėtų būti atliekamas pagal mažiausią kuro degimo šilumą.

18. Apsvarstykite kibirkštinio uždegimo variklį, kurio suspaudimo laipsnis yra 9:1. Baliono viduje esančių dujų y = 1,5.

pradinė darbinio skysčio būsena turi šiuos parametrus: = I l;

I atm; Tx = 300 K.

Suspaudimo proceso pabaigoje įpurškiama 10 mg benzino, tada uždegimo mišinys g "I. Kuras dega akimirksniu. Tarkime, kad benzino savitoji šiluma yra 45 MJ / kg.

Nustatykite idealų variklio efektyvumą.

Apskaičiuokite atitinkamo Carnot ciklo efektyvumą.

3. Įrodykite, kad sumažinus įpurškiamų degalų kiekį vienoje smailėje, Otto ciklo efektyvumas priartės prie Carnot CEC efektyvumo.

3.19. Dyzeliniame variklyje degalai įpurškiami į karštą suslėgtą orą cilindre, po kurio mišinys savaime užsiliepsnoja. Tarkime, degalai tiekiami gana lėtai, kad mišinio degimas vyktų esant iš esmės pastoviam slėgiui. Daugumoje dyzelinių variklių naudojamas g suspaudimo laipsnis yra nuo 16:1 iki 22:1. Dyzeliniuose varikliuose savaiminis užsidegimas patikimai įvyksta esant ne žemesnei kaip 800 K oro temperatūrai.

Oro savitosios šilumos esant pastoviam slėgiui ir savitosios šilumos esant pastoviam tūriui santykis yra lygus 1,4 (y = 1,4). Pradinė oro temperatūra prie įėjimo į šaltą dyzelinį variklį 300 K.

Koks turėtų būti minimalus suspaudimo laipsnis, reikalingas varikliui užvesti?

3.20. Apsvarstykite mašiną, kuri kaip darbo terpę naudoja orą> i (y = 1,4) ir atlieka nuoseklią termodinaminių procesų seriją. Kiekvieno proceso pabaigoje nustatykite dujų būsenos charakteristikas (slėgį, tūrį ir temperatūrą), taip pat kiekvienam procesui būdinga energija.

Pradinėje būsenoje (1 būsena) dujos turi tokias charakteristikas рх = 105 Pa; Vx = 10-3 m3; Tx = 300 K.

1. 1 procesas (I žingsnis -> 2): adiabatinis suspaudimas, tūrio sumažinimas iki 10-4 m3.

2. 2 procesas (2 veiksmas -> 3): izobarinis 200 J šilumos tiekimas.

3.3 procesas (3 veiksmas -> 4): adiabatinis išsiplėtimas iki V4 = 10_3m3.

Apskaičiuokite visą varikliui tiekiamą šiluminę ir mechaninę energiją bei visą iš jo pašalintą mechaninę energiją. Remdamiesi tuo, nustatykite mašinos efektyvumą. (Patarimas: būtinai apsvarstykite visus procesus, kurių metu pašalinama energija.)

3.21 Dyzelinio variklio cikle galima išskirti šias fazes:

1 fazė 2. Adiabatinis švaraus oro suspaudimas nuo tūrio Vx iki tūrio ":

2 fazė -> 3. Kuro deginimas esant pastoviam slėgiui, plečiant nuo tūrio V2 iki tūrio K3;

3 ^ 4 fazė. Adiabatinis plėtimasis iš tūrio V3 į tūrį V4; 4 fazė - »1. Izochorinis šilumos pašalinimas, kai dujos yra pradinėse sąlygose.

t ciklas panašus į Otto ciklą, tik tuo skirtumu, kad Otto nikelyje degimas vyksta izochoriškai, o dyzeliniame variklyje – izobarinis, žiūrime į ciklą, kuriame Fj = K) 3 m3, V2 = 50 W-6 m3 , V3 = 100 10-6 m3, = 105 Pa, 7] - 300 K ir visiems procesams laikysime y = 1,4.

Apskaičiuokite teorinį ciklo efektyvumą.

Apskaičiuokite efektyvumą naudodami Dyzelino ciklo efektyvumo lygtį, gautą Ch. 4.

Apskaičiuokite efektyvumą įvertindami visą mechaninę energiją (suspaudimą ir plėtimąsi) ir visus šiluminius procesus (šilumos įvedimą ir pašalinimą). Būkite gana atsargūs analizuodami, kas vyksta degimo fazėje (2-> 3), kai deginant kurą išsiskiria energija ir tuo pačiu metu atliekami tam tikri mechaniniai darbai.

pašalpos pagal PP. 2 ir 3 turi būti vienodi.

Visi žinome, kad vienas iš šiuolaikinės žmonijos materialaus gyvenimo pagrindų yra gerai žinomi mineralai nafta ir dujos. Palaiminti angliavandeniliai vienaip ar kitaip yra bet kurioje mūsų gyvenimo srityje su jumis, o pirmas dalykas, kuris kiekvienam žmogui ateina į galvą, yra kuras. Tai benzinas, žibalas ir gamtinės dujos, naudojamos įvairiose energijos sistemose (įskaitant transporto priemonių variklius).

Kiek automobilių pasaulio keliuose ir lėktuvų ore sudega jų varikliai... Jų yra milžiniškas, o degalų kiekis, kuris, taip sakant, išeina į vamzdį, yra toks pat didžiulis (ir tuo pačiu metu stengiasi prisidėti prie apsinuodijimo atmosfera :-)). Tačiau šis procesas nėra begalinis. Naftos atsargos, iš kurių pagaminama liūto dalis viso pasaulio kuro (nepaisant to, kad ji palaipsniui nusileidžia gamtinėms dujoms), sparčiai mažėja. Jis nuolat brangsta, o jo deficitas jaučiamas vis labiau.

Tokia padėtis jau seniai privertė viso pasaulio tyrėjus ir mokslininkus ieškoti alternatyvių degalų šaltinių, taip pat ir aviacijai. Viena iš tokios veiklos krypčių buvo orlaivių panaudojimo kūrimas kriogeninis kuras.

Kriogeninis reiškia " gimęs iš šalčio“, O kuras šiuo atveju yra suskystintos dujos, kurios laikomos labai žemoje temperatūroje. Pirmosios dujos, patraukusios kūrėjų dėmesį šiuo klausimu, buvo vandenilis. Pagal savo kaloringumą šios dujos tris kartus viršija žibalą, be to, jas naudojant variklyje, į atmosferą patenka vanduo ir labai mažas azoto oksidų kiekis. Tai yra, jis yra nekenksmingas atmosferai.

Lėktuvas TU-154B-2.

Praėjusio amžiaus 80-ųjų viduryje A.N. Tupolevo projektavimo biure jie pradėjo kurti orlaivį, kuris kaip kurą naudoja skystą vandenilį. Jis buvo sukurtas serijinio TU-154B pagrindu, naudojant NK-88 aplinkkelio turboreaktyvinį variklį. Šis variklis buvo sukurtas variklių korpuse projektavimo biuras. Kuznecova(Samara), vėlgi buvo paremtas serijiniu Tu-154 NK-8-2 varikliu, ir buvo skirtas veikti vandeniliu arba gamtinėmis dujomis. Reikia pasakyti, kad šiame biure naujomis temomis dirbama nuo 1968 m.

Tas pats Tu-155 yra saugykloje... Deja, šlykštus saugykla :-(.

Skrenda naujas lėktuvas kriogeninis kuras gavo pavadinimą TU-155. Tačiau viskas nėra taip paprasta. Esmė ta, kad vandenilis yra pavojingas kuras. Jis yra ypač degus ir sprogus. Pasižymi išskirtiniu prasiskverbimu, todėl gali būti laikomas ir gabenamas tik suskystintas labai žemoje temperatūroje, artimoje absoliučiam nuliui (-273 laipsnių Celsijaus). Šios vandenilio savybės yra didelė problema.

Todėl TU-155 buvo skraidanti laboratorija esamoms problemoms tirti ir spręsti, o bazinis orlaivis jį kuriant buvo radikaliai pakeistas. Vietoj tinkamo variklio NK-8-2 buvo sumontuotas naujas kriogeninis NK-88 (kiti du liko giminaičiai :-)). Fiuzeliažo gale, keleivių salono vietoje, buvo pastatytas specialus bakas, skirtas kriogeninis kuras, skystas vandenilis, kurio tūris 20 kub. su patobulinta ekranas-vakuumas izoliacija, kurioje vandenilis galėtų būti laikomas žemesnėje nei minus 253 laipsnių Celsijaus temperatūroje. Jis buvo tiekiamas į variklius su specialiu turbo siurblio blokas kaip ant raketos.

NK-88 variklis. Variklio viršuje matomas didžiulis turbo siurblio mazgas.

Dėl didelio sprogimo pavojaus iš skyriaus su kuro baku teko išimti beveik visą elektros įrangą, kad būtų išvengta menkiausios kibirkščiavimo galimybės, o visas skyrius buvo nuolat prapučiamas azotu ar oru. Įrenginiams valdyti elektrinė buvo sukurta speciali helio valdymo sistema. Be to, vandenilio garai iš bako turėjo būti nukreipti nuo variklių, kad būtų išvengta užsidegimo. Tam buvo sukurta drenažo sistema. Lėktuve aiškiai matomos jo šakos užpakaliniame fiuzeliaže (ypač ant kilio).

TU-155 išdėstymo schema. Mėlyna – kuro bakas. Priekiniame skyriuje yra atraminė įranga. Kriogeninis variklis raudonos spalvos.

Iš viso buvo sukurta ir įdiegta daugiau nei 30 naujų orlaivių sistemų. Apskritai darbas buvo atliktas nepaprastai :-). Tačiau jiems vis tiek reikėjo antžeminės, ne mažiau sudėtingos įrangos, kuri užtikrintų degalų papildymą ir saugojimą. Tiesa, tuomet pačiame įkarštyje buvo kuriama Burano sistema, kurios nešiklio raketoje skystasis vandenilis buvo vienas iš svaidomųjų medžiagų. Todėl buvo tikima, kad viskas bus tiekiama pramoniniu pagrindu ir kuro nepritrūks. Bet, manau, visi supranta, kad kriogeninis kuras tokioje sistemoje sąnaudų atžvilgiu tampa tiesiog „auksiniu“. O tai reiškia, kad komercinis skysto vandenilio panaudojimas artimiausiu metu vargu ar įmanomas. Todėl jau tada buvo ruošiamasi pereiti prie kitos rūšies. kriogeninis kuras – suskystintomis gamtinėmis dujomis(SGD).

Nepaisant to, pirmasis TU-155 skrydis skystu vandeniliu įvyko 1988 m. balandžio 15 d. Be to, buvo 4 tokie skrydžiai. Po to TU-155 buvo modifikuotas skrydžiams naudojant suskystintas gamtines dujas (SGD).

Palyginti su vandeniliu, šios rūšies kuras yra daug pigesnis ir prieinamesnis, be to, kelis kartus pigesnis už žibalą. Jo kaloringumas yra 15% didesnis nei žibalo. Be to, jis taip pat mažai teršia atmosferą ir gali būti laikomas minus 160 laipsnių temperatūroje, o tai net 100 laipsnių aukštesnė nei vandenilio. Be to, vandenilio fone SGD vis dar yra mažiau pavojingos ugniai (nors, žinoma, toks pavojus vis dar egzistuoja) ir yra pakankamai patirties palaikant jas saugioje būsenoje. Oro uostų dujų tiekimo (SGD) organizavimas apskritai taip pat nėra itin sudėtingas. Dujotiekiai yra prijungti beveik prie kiekvieno didesnio oro uosto. Apskritai privalumų yra pakankamai :-).

Pirmieji TU-155 skrydžiai jau naudojami kriogeninis kuras suskystintomis gamtinėmis dujomis įvyko 1989 metų sausį. (Apie tai kalbama toliau pateiktame vaizdo įraše). Taip pat buvo apie 90 tokių skrydžių. Visi jie parodė, kad degalų sąnaudos, palyginti su žibalu, sumažėja beveik 15%, tai yra, lėktuvas tampa ekonomiškesnis ir pelningesnis.

Dabar šiek tiek apie perspektyvas... 90-ųjų pabaigoje pagrindinis Rusijos dujų atsargų valdytojas „Gazprom“ sugalvojo iniciatyvą pradžioje statyti krovininį-keleivinį lėktuvą, o paskui tik keleivinį lėktuvą, kuris galėtų veikti tik SGD. Lėktuvas gavo pavadinimą TU-156 ir buvo sukurtas esamo TU-155 pagrindu. Jame turėjo būti sumontuoti trys nauji NK-89 varikliai. Jie yra panašūs į NK-88, bet su dviem nepriklausomomis degalų sistemomis: viena skirta ir kita kriogeninis kuras(SGD). Tai buvo patogu ta prasme, kad toli gražu ne visada buvo galima pasipildyti degalų, o lėktuvas pagal poreikį galėjo persijungti iš vienos maitinimo sistemos į kitą. Pagal sukurtą technologiją tai užtruko tik penkias minutes. NK-89 taip pat turėjo šilumokaitį turbinos erdvėje, kur suskystintos dujos pereidavo į dujinę būseną, o po to patekdavo į degimo kamerą.

Buvo atlikta daug tyrimų ir projektavimo darbų pertvarkant skyrius ir kuro bakų vietą. Iki 2000 metų Samaros aviacijos gamykloje turėjo būti pagaminti trys TU-156 ir prasidėti jų sertifikavimas bei bandomoji eksploatacija. Bet... Deja, tai nebuvo padaryta. O planų įgyvendinimo kliūtys buvo grynai finansinės.

Po to buvo sukurti dar keli kriogeninį kurą (SGD) naudojančių orlaivių projektai, pavyzdžiui, TU-136 su turbopropeleriniais varikliais, varomais ir žibalu, ir suskystintomis dujomis bei plataus korpuso TU-206 su turboreaktyviniais varikliais. SGD.... Tačiau šiuo metu visi šie projektai tebėra projektai ir liko.

Tu-136 lėktuvo modelis.

Lėktuvo modelis TU-206 (TU-204K).

Laikas parodys, kaip viskas vystysis šioje aviacijos mokslo ir technologijų srityje. Kuriant orlaivius naudojant kriogeninis kuras trukdo įvairios aplinkybės – tiek objektyvios, tiek subjektyvios. Dar daug reikia nuveikti kuriant specialias orlaivių sistemas, plėtojant antžeminę infrastruktūrą, kuro transportavimo ir saugojimo sistemas. Bet ši tema be galo daug žadanti (ir, mano nuomone, labai įdomi :-)). Vandenilis, turintis milžinišką energijos intensyvumą ir praktiškai neišsenkamas atsargas, yra ateities kuras. Apie tai galime kalbėti visiškai pasitikėdami. Pereinamasis etapas yra gamtinių dujų naudojimas.

Ir šis lemiamas žingsnis į ateitį buvo žengtas būtent Rusijoje. Didžiuojuosi galėdamas tai dar kartą pasakyti :-). Niekur pasaulyje nebuvo ir iki šiol nėra lėktuvų, panašių į mūsų TU-155. Norėčiau pacituoti garsaus amerikiečių aviacijos inžinieriaus Karlo Breverio žodžius: „ Rusai padarė kažką aviacijos srityje, atitinkančio pirmojo Žemės palydovo skrydį!»

Tai tikra tiesa! Tiesiog noriu, kad šie dalykai eitų srautu (ir rusai gali tai padaryti :-)), ir kad šis srautas būtų nenutrūkstamas, o ne judėtų trūkčiojimais, kaip dažnai pas mus nutinka...

Gerbiamasis bendradarbiaujant su mokslininkais, lyderiais pramonės įmonės o kriogeninės įrangos specialistai specializuojasi kuriant technologijas naudojant suskystintas dujas. Pagrindinis šio tyrimo pasiekimas yra Dearman variklis – moderniausias stūmoklinis variklis, veikiantis plečiant skystą azotą arba skystą orą, kad būtų gaminama aplinkai nekenksminga šalta ir mechaninė energija.

Kai azotas iš skysčio pereina į dujinę agregacijos būseną, šios dujos išsiplečia 710 kartų. Šis tūrio padidėjimas naudojamas variklio stūmokliams varyti. Dearman varikliai veikia kaip garo varikliai aukšto slėgio, bet esant žemai skysto azoto virimo temperatūrai. Tai reiškia, kad tiek atliekinė šiluma, tiek aplinkos temperatūra gali būti naudojami kaip šiluminės energijos šaltinis, todėl nebereikia tradicinio kuro.

Unikali Dearman variklių savybė yra vandens ir glikolio mišinio naudojimas kaip aušinimo skystis. Sumaišius šį aušinimo skystį su itin atvėsusiu azotu, šis skystis kvazizotermiškai plečiasi, o tai labai pagerina variklio efektyvumą.

Svarbu pažymėti, kad Dearman variklis išskiria tik orą arba azotą, neišskiria azoto oksidų (NOx), anglies dioksido (CO2) ar kietųjų dalelių.

„Dearman“ technologija turi daug pranašumų, palyginti su kitomis mažai anglies dioksido į aplinką išskiriančiomis technologijomis:

Mažos kapitalo sąnaudos ir susijusi anglis – Dearman varikliai gaminami iš įprastų medžiagų naudojant variklių gamybos pramonėje įprastas technologijas.
Greitas užpildymas – suskystintos dujos gali būti perduodamos tarp bakų į dideliu greičiu... Šiuolaikinėje dujų pramonėje naudojamos sistemos, galinčios distiliuoti daugiau nei 100 litrų skystųjų dujų per minutę.
Didelės esamos infrastruktūros apimtys – dujų pramonė yra pasaulinio pobūdžio. Šiuo metu yra gerai išvystyta skystojo azoto gamybos įmonė, galinti valdyti tūkstančius Dearman variklių.
„Degalų“ gamybos proceso efektyvumas – tai oro suskystinimas, seniai nusistovėjęs procesas, kuriam reikia tik oro ir elektros.

Oro skystinimo įrenginį galima naudoti labai lanksčiai – pavyzdžiui, ne darbo valandomis arba dalinio įkrovimo metu. Atsinaujinantys energijos šaltiniai gali būti naudojami siekiant dar labiau sumažinti išlaidas.

Kaip tai veikia

Dearman variklis veikia taip:
1.aušinimo skystis pumpuojamas į variklio cilindrus, užpildant beveik visą jų tūrį;

2. tada į cilindrą įleidžiamas kriogeninis azotas, kuris liečiasi su šilumos mainų skysčiu ir pradeda plėstis;

3. aušinimo skysčio šilumą sugeria besiplečiančios dujos, todėl plėtra vyksta beveik izotermiškai;

4. stūmoklis juda žemyn, išmetimo vožtuvas atsidaro ir dujų ir skysčio mišinys išeina iš variklio;

5. Aušinimo skystis išgaunamas, kaitinamas ir panaudojamas pakartotinai, o azotas arba oras išleidžiamas į atmosferą.

Gromovo skrydžių tyrimų instituto teritorijoje Žukovskio mieste, netoli Maskvos, Tu-155 laive yra lėktuvas su užrašu. Ši unikali mašina yra skraidanti kriogeninių degalų sistemų ir variklių bandymų laboratorija. Darbas šia kryptimi buvo atliktas devintojo dešimtmečio pabaigoje. Tu-155 tapo pirmuoju orlaiviu pasaulyje, kuris kaip kurą naudojo skystą vandenilį ir suskystintas gamtines dujas. Nuo pirmojo šios neįprastos mašinos skrydžio praėjo 27 metai. O dabar ji tyliai stovi tarp išardytų orlaivių. Kelis kartus norėjosi įpjauti į metalą. Taigi, kuo šis lėktuvas išskirtinis?
1.

Prieš kalbant apie šį orlaivį, verta pasiaiškinti, kas yra kriogeninis kuras ir kuo jis skiriasi nuo angliavandenilių. Kriogenika – tai įvairių medžiagų savybių pasikeitimas esant itin žemai temperatūrai. Tai yra, kriogeninis kuras reiškia „gimęs iš šalčio“. Tai skystas vandenilis, kuris yra laikomas ir transportuojamas skystoje būsenoje labai žemoje temperatūroje. Ir apie suskystintas gamtines dujas, kurių temperatūra taip pat labai žema.

Lyginant su žibalu, skystas vandenilis turi keletą privalumų. Jo kaloringumas tris kartus didesnis. Tai yra, deginant vienodas mases iš vandenilio išsiskiria daugiau šilumos, kuri tiesiogiai veikia elektrinės ekonomines charakteristikas. Be to, naudojant į atmosferą patenka vanduo ir labai nedideli kiekiai azoto oksidų. Dėl to elektrinė yra draugiška aplinkai. Tačiau vandenilis yra labai pavojingas kuras. Sumaišytas su deguonimi jis yra ypač degus ir sprogus. Pasižymi išskirtiniu prasiskverbimu, todėl galima laikyti ir transportuoti tik suskystintoje būsenoje esant labai žemai temperatūrai (-253 °C).

Šios vandenilio savybės yra didelė problema. Štai kodėl kartu su skystuoju vandeniliu gamtinės dujos taip pat buvo laikomos aviaciniu kuru. Palyginti su vandeniliu, jis yra daug pigesnis ir prieinamesnis. Jį galima laikyti suskystintą -160 °C temperatūroje, o lyginant su žibalu, jo kaloringumas yra 15% didesnis. Jis kelis kartus pigesnis už žibalą, todėl ekonomiškai naudingas kaip aviacinis kuras. Tačiau gamtinės dujos yra tokios pat degios, nors ir mažiau nei vandenilis. Būtent su šiais sunkumais turėjo susidoroti Tupolevo projektavimo biuro inžinieriai kurdami eksperimentinį lėktuvą Tu-155.
2.

Orlaivių dizaineriai pirmą kartą susidūrė su kriogenine technologija. Todėl projektavimas vyko ne tik projektavimo salių tyloje, bet ir tyrimų laboratorijose. Projektuotojai žingsnis po žingsnio pristatė naujus dizaino sprendimus ir technologijas, užtikrinančias iš esmės naujų orlaivių sistemų, kriogeninės elektrinės ir sistemų, leidžiančių saugiai eksploatuoti, sukūrimą.
3.

Skraidanti laboratorija buvo sukurta serijinio Tu-154, modifikuoto pagal Tu-154B standartą, pagrindu. Lentos numeris SSRS-85035. Vladimiras Aleksandrovičius Andrejevas buvo paskirtas vyriausiuoju Tu-155 dizaineriu. Lėktuvas turėjo daug esminių skirtumų nuo pagrindinės versijos. Kriogeninio kuro bakas, kurio tūris yra 17,5 m 3, kartu su degalų tiekimo sistema ir slėgio palaikymo sistema sudarė eksperimentinį kuro kompleksą, esantį užpakalinėje fiuzeliažo skyriuje, nuo kitų orlaivio skyrių atskirtą buferine zona. Kuro komplekso rezervuaras, vamzdynai ir blokai turėjo ekraninę-vakuuminę izoliaciją, užtikrinančią nurodytus šilumos srautus. Buferinės zonos apsaugojo įgulą ir gyvybiškai svarbius orlaivių skyrius vandenilio sistemų nuotėkio atveju.
4.

Orlaivyje buvo sumontuotas eksperimentinis turboreaktyvinis aplinkkelio variklis NK-88, sukurtas Samaroje variklių konstravimo biure, vadovaujamame akademiko Nikolajaus Dmitrijevičiaus Kuznecovo, remiantis serijiniu Tu-154 NK-8-2 varikliu. Jis buvo sumontuotas vietoj dešiniojo įprasto variklio ir darbui naudojo vandenilį arba gamtines dujas. Kiti du varikliai buvo vietiniai ir veikė žibalu. Dabar jie buvo pašalinti. Tačiau NK-88 liko vietoje.
5.

Orlaivyje yra daugybė kriogeninio komplekso valdymo ir stebėjimo sistemų:

Helio sistema, valdanti jėgainės blokus. Kadangi variklis veikė vandeniliu, jam nebuvo įmanoma tiekti elektros pavarų. Štai kodėl jo valdymo sistema buvo pakeista helio sistema.

Azoto sistema, pakeičianti orą skyriuose, kur galimas kriogeninio kuro nuotėkis.

Dujų valdymo sistema, stebinti dujinę aplinką orlaivio skyriuose ir perspėjanti įgulą vandenilio nuotėkio atveju dar gerokai prieš sprogstamosios medžiagos koncentraciją.

Vakuuminio valdymo sistema šilumą izoliuojančiose ertmėse.

Priekinio fiuzeliažo krovinių skyriuje yra apvalūs azoto cilindrai. Jie sumontuoti ir lėktuvo salone virš langų. Ant grindų, vietoj keleivių sėdynių, sumontuoti helio cilindrai. Plius stovai su prietaisais ir įrašymo įranga.

Iš viso buvo sukurta ir įdiegta daugiau nei 30 naujų orlaivių sistemų. Tarp naujų technologijų svarbią vietą užima technologinis procesas, užtikrinantis vamzdynų ir mazgų vidinių ertmių valymą. Kadangi dėl itin efektyvios izoliacijos ir vakuuminio sandarumo švara yra raktas į būsimų skrydžių saugumą.

Kabina pasikeitė. Pertvara buvo perkelta giliau į saloną, o kabinoje įrengtos antrojo borto inžinieriaus, atsakingo už eksperimentinio variklio veikimą, ir inžinieriaus bandytojo, kontroliavusio borto eksperimentinių sistemų darbą, darbo vietos. Kabinos grindyse buvo įrengtas avarinis evakuacijos liukas.

Orlaiviui aptarnauti ir bandomiesiems darbams atlikti buvo sukurtas aviacijos kriogeninis kompleksas. Jį sudarė skysto vandenilio (arba suskystintų gamtinių dujų) pildymo sistema, pneumatinis maitinimo šaltinis, maitinimo šaltinis, televizijos stebėjimas, dujų analizė, vandens purškimas gaisro atveju ir kriogeninė kuro kokybės kontrolė.

Antžeminių bandymų etape buvo patikrintas visų eksperimentinių sistemų veikimas, įskaitant NK-88 variklio veikimą skystu vandeniliu. Buvo parengti degalų papildymo režimai, vakuuminių sistemų priežiūra, degalų sistemos ir slėgio palaikymo sistemos veikimo režimai kartu su veikiančiu varikliu. Tuo pačiu metu buvo praktikuojamas orlaivio paruošimas skrydžiui, borto sistemų degalų papildymas heliu ir azotu.

Nuotraukoje pavaizduotas ilgas vamzdis, besitęsiantis nuo po korpuso iki centrinio variklio antgalio. Tai avarinė skystojo vandenilio (gamtinių dujų) išleidimo sistema. Tai leido prireikus išleisti kriogeninį kurą ant vidutinio standartinio variklio antgalio pjūvio. Antžeminių bandymų metu buvo sprendžiamos įvairios situacijos, susijusios su sprogimo ir gaisro pavojumi.

10.

11.

Tiesioginio pasiruošimo skrydžiui metu skystą vandenilį tiekė degalininkai. Su orlaiviu jie buvo sujungti stacionariais kriogeniniais vamzdynais su uždaromomis ir jungiamomis detalėmis, kurios užtikrino būtinus priešgaisrinius tarpus tarp orlaivio, tanklaivio ir nusausintų vandenilio dujų išleidimo į atmosferą vietos. Prijungus tanklaivius, buvo atlikta skysto vandenilio kokybės kontrolė naudojant specialų mėginių ėmimo įrenginį ir dujų chromatografą. Be įprastų operacijų ruošiant orlaivį skrydžiui, buvo atliktas eksperimentinio variklio, orlaivio eksperimentinių sistemų ir antžeminio komplekso paruošimas. Ypatingas dėmesys buvo skiriamas sprogimo ir priešgaisrinės saugos įrangai, dujų valdymo sistemoms, azoto valdymo sistemoms, vakuumo valdymui izoliacinėse ertmėse, gaisro gesinimo sistemai, kuro komplekso skyriaus ir variklio projektoriaus ventiliacijai. Bandymų metu buvo išbandytos įvairios apsaugos nuo vandenilio koncentracijos padidėjimo skyriuose priemonės – tiek naudojant neutralią terpę (azotą), tiek su oro ventiliacija iš borto oro kondicionavimo sistemos.

Dėl didelio sprogimo pavojaus iš skyriaus su kuro baku teko išimti beveik visą elektros įrangą. Tai pašalino menkiausią kibirkšties galimybę, o visas skyrius buvo nuolat išvalomas azotu arba oru. Be to, vandenilio garai iš bako turėjo būti nukreipti nuo variklių, kad būtų išvengta užsidegimo. Tam buvo sukurta drenažo sistema. Vienas iš jo elementų pirmasis patraukia akį ant orlaivio kilio. Tai išmetimo kolektoriaus gaubtas.
12.

13.

Lėktuvas buvo paruoštas pirmajam skrydžiui Tupolevo Žukovskajos skrydžio bandymų ir plėtros bazėje (ZhLiDB). Tu-155 buvo nutemptas į vietą, kur buvo užvesti varikliai. "Aš esu 035, prašau pakilti." "035, leista kilti." 1988 m. balandžio 15 d., 17.10 val., iš aerodromo netoli Maskvos į pirmąjį skrydį pakilo lėktuvas Tu-155 su skysto vandenilio varikliu. Jį pilotavo įgula, kurią sudarė: pirmasis pilotas – nusipelnęs SSRS pilotas bandytojas Vladimiras Andrejevičius Sevankajevas, antrasis pilotas – nusipelnęs SSRS pilotas bandytojas Andrejus Ivanovičius Talalakinas, skrydžio inžinierius – Anatolijus Aleksandrovičius Kriulinas, antrasis skrydžio inžinierius – Jurijus Michailovičius Kremlevas, pagrindinis bandymų inžinierius - Valerijus Vladimirovičius Arkhipovas.

Skrydis vyko įprastai. Jo įgyvendinimą stebėjo visos antžeminės tarnybos ir palydovinis lėktuvas Tu-134. Sistemos, kurios buvo išbandytos ir išbandytos ant žemės, pirmą kartą buvo išbandytos ore. Skrydis truko tik 21 minutę mažais ratais skirtinguose ne aukštesniuose nei 600 metrų aukščiuose. Jis baigėsi kiek anksčiau nei planuota, o tam bandymų inžinierius Valerijus Arkhipovas turėjo rimtų priežasčių: azoto skyriuje jutikliai užfiksavo azoto buvimą, kuris turėjo automatiškai atsirasti vandenilio nuotėkio atveju. Bet, ačiū Dievui, priežastis buvo kita. Azotas buvo tiekiamas per baliono vožtuvą, kurio slėgis buvo sumažintas, kai orlaivis pakrypo į abi ašies puses. Tai paaiškėjo tik žemėje.

Buvo žengtas tik pirmasis žingsnis sprendžiant sudėtingas skystojo vandenilio kaip aviacinio kuro įvedimo problemas. Skrydžio bandymų metu buvo atliekami skrydžiai, kuriais tikrinamas elektrinės ir orlaivių sistemų veikimas įvairiais skrydžio režimais bei orlaivio evoliucijos metu. Buvo paleistas eksperimentinis variklis, išbandytas sprogimo ir priešgaisrinės saugos sistemų veikimas neutralios aplinkos kūrimo ir oro vėdinimo režimais. 1988 m. birželį buvo baigta skrydžio skystuoju vandeniliu bandomoji programa. Po to Tu-155 buvo modifikuotas skrydžiams naudojant suskystintas gamtines dujas. Pirmasis skrydis naudojant šiuos degalus įvyko 1989 metų sausio 18 dieną. Lėktuvą išbandė įgula, kurią sudarė: laivo vadas - nusipelnęs SSRS bandomasis pilotas Vladimiras Andrejevičius Sevankajevas, antrasis pilotas - Valerijus Viktorovičius Pavlovas, skrydžio inžinierius - Anatolijus Aleksandrovičius Kriulinas, antrasis skrydžio inžinierius - Jurijus Michailovičius Kremlevas, pagrindinis bandytojas - Valerijus. Vladimirovičius Arkhipovas...

Kaip sakė generalinis dizaineris Aleksejus Andrejevičius Tupolevas: „Šiandien pirmą kartą pasaulyje pakilo lėktuvas, kaip kurą naudodamas suskystintas gamtines dujas. Ir tikimės, kad šis pirmasis šio lėktuvo skrydis suteiks mums galimybę surinkti visus mokslinius ir eksperimentinius duomenis ir sukurti orlaivį, kuris artimiausiu metu galės skraidinti keleivius “.

Bandymai parodė, kad degalų sąnaudos, palyginti su žibalu, sumažėja beveik 15%. Be to, jie patvirtino galimybę saugiai eksploatuoti orlaivį naudojant kriogeninį kurą. Per platų Tu-155 bandymų rinkinį buvo užfiksuota 14 pasaulio rekordų, taip pat buvo atlikti keli tarptautiniai skrydžiai iš Maskvos į Bratislavą (Čekoslovakija), Nicą (Prancūzija) ir Hanoverį (Vokietija). Bendras eksperimentinės elektrinės veikimo laikas viršijo 145 valandas.

Dešimtojo dešimtmečio pabaigoje pagrindinis Rusijos dujų atsargų valdytojas „Gazprom“ sugalvojo iš pradžių statyti krovininį-keleivinį, o vėliau tik keleivinį lėktuvą, kuris galėtų visiškai dirbti su suskystintomis gamtinėmis dujomis. Lėktuvas gavo pavadinimą Tu-156 ir buvo sukurtas esamo Tu-155 pagrindu. Jame turėjo būti sumontuoti trys nauji varikliai NK-89, panašūs į NK-88, bet turintys dvi nepriklausomas kuro sistemas: vieną žibalui, kitą kriogeniniam kurui. Buvo atlikta daug tyrimų ir projektavimo darbų pertvarkant skyrius ir kuro bakų vietą.

Iki 2000 m. Samaros aviacijos gamykloje turėjo būti pagaminti trys Tu-156 ir prasidėti jų sertifikavimas bei bandomasis eksploatavimas. Deja, tai nebuvo padaryta. O planų įgyvendinimo kliūtys buvo grynai finansinės.

Tikriausiai galime sakyti, kad Tu-155 lenkia savo laiką. Pirmą kartą jie panaudojo sistemas, į kurias sugrįš žmonija. O Tu-155 vertas būti muziejuje, o ne tarp užmirštų, nebenaudojamų orlaivių.

Tarptautiniame aviacijos ir kosmoso salone MAKS-2015 Mokslo ir inžinerijos įmonė „NIK“ ir B Labdaros fondas „Aviation Legends“, remiamas Žukovskio miesto administracijos ir „Aviasalon OJSC“, pirmą kartą plačiajai visuomenei pristatė šį unikalų lėktuvą.

Tekstas dažniausiai atrodo