Motori kriogjenik. Motorë elektrikë kriogjenikë. Parimi i funksionimit të një njësie ftohjeje kriogjenike

Motorët janë të destinuar për përdorim në avionë me lëndë djegëse kriogjenike, për transport tokësor me shpejtësi të lartë, në sisteme shtytëse elektrike për anijet detare, pajisje hapësinore dhe të përgjithshme industriale kriogjenike për drejtimin e pompave kriogjenike, kompresorë boshtor "të ftohtë", etj.

Elementet qeramike superpërcjellëse me temperaturë të lartë (HTSC) të bazuara në ittrium ose bismut përdoren si materiale aktive për rotorin.

Përparësitë kryesore

Motorët HTSC të llojeve të ndryshme, që funksionojnë në azot të lëngshëm, kanë një fuqi specifike dalëse 3-4 herë më të lartë se motorët elektrikë konvencionalë.

Që nga viti 2005, MAI ka zhvilluar motorë elektrikë shumë dinamikë për ngasjet e krioppompave për energjinë e hidrogjenit dhe sistemet e furnizimit kriogjenik për kabllot JV të kabllove të energjisë. Është treguar eksperimentalisht se motorët shumë dinamikë me magnet të përhershëm dhe elementë vëllimorë HTSC kanë një fuqi dalëse 1,3-1,5 herë më të lartë se motorët sinkron konvencionalë me të njëjtat mënyra ftohjeje në azot të lëngshëm.

Në vitin 2007 në MAI së bashku me SHA NPO Energomash me emrin ak. VP Glushko "dhe OJSC" AKB Yakor "krijuan dhe testuan me sukses një prototip industrial të një krioppompe me një makinë elektrike HTSC për sistemet e furnizimit kriogjenik për kabllot e energjisë JV.

Përfundoi zhvillimi dhe testimi i motorëve me fuqi deri në 100 kW. Motorët deri në 500 kW janë në zhvillim e sipër.

Risia e zgjidhjeve të propozuara mbrohet nga shtatë patenta shpikjeje.

Hulumtimi kryhet në kuadrin e projekteve të përbashkëta gjermano-ruse që bashkojnë MAI (Moskë), VNIINM im. A. A. Bochvara (Moskë), VEI (Moskë), ISSP RAS (vendbanimi Chernogolovka, rajoni i Moskës), IPHT (Jena, Deutschland), Oswald Elektromeotoren GmbH (Miltenberg, Deutschland), IEMA (Stuttgart, Deutschland), IFW (Dresden, Deutschland) , si dhe në kuadër të projektit Science for Peace ndërmjet MAI dhe Universitetit të Oksfordit (Britania e Madhe).

Karakteristikat kryesore teknike

• Motorë të tipit histerezë

• Motorët reaktivë

Siç është përmendur tashmë, një motor ngrohjeje dhe një frigorifer kërkohen për funksionimin e një motori ngrohjeje, i cili, sipas përkufizimit, duhet të ketë një temperaturë më të lartë. Temperatura e frigoriferit është pothuajse gjithmonë e njëjtë me temperaturën e ajrit, ndërsa temperatura e burimit të nxehtësisë së dhomës së djegies, reaktorit ose kolektorit diellor mund të ndryshojë. Megjithatë, një trup me temperaturë ambienti iJ mund të përdoret në një burim nxehtësie.Në këtë rast, frigoriferi duhet të ketë një temperaturë më të ulët, e cila mund të merret duke përdorur lëngje kriogjene, të cilët motorët quhen kriogjenë. Ka zhvillime të njohura të motorëve mendorë që funksionojnë sipas ciklit të hapur Rankine duke përdorur azot të lëngshëm. Në fig. 3.16 tregon një diagram të një mustaqe të tillë - * dhe.

Azoti i lehtë është në një rezervuar të veçantë kriogjenik nën presion - Nga ky rezervuar, lëngu drejtohet në shkëmbyesin e nxehtësisë, përmes të cilit një sasi e caktuar nxehtësie furnizohet në lëngun e punës, e mjaftueshme; rreth avullimit. Në këtë rast, ne do të marrim tashmë azot të gaztë me një presion pt __ dhe temperaturën Tv

në pozicionin fillestar, valvula e daljes së cilindrit të punës është e mbyllur, dhe hyrja është I ікріт. Cilindri merr | і kmol të azotit të avulluar. Aktrimi. Presioni i ulët i gazit shkakton rënien e tij. Ky proces ndodh duke hequr nxehtësinë në pore të presionit konstant (p2 = p,) dhe temperaturës (T2 = Ty), derisa gazi të mbushë vëllimin e cilindrit v2.

Ne kemi:

Në pozicionin tjetër të funksionimit, valvula e hyrjes mbyllet. Presioni i lartë i gazit brenda cilindrit do të çojë në lëvizjen e vazhdueshme të pistonit dhe do të rrisë vëllimin derisa presioni i gazit të bëhet i barabartë me p3 dhe vëllimi i zënë prej tij - v3. Ky proces mund të ndodhë si izotermik (T3 = Tu) me vazhdimin e furnizimit me nxehtësi, ashtu edhe adiabatikisht (T3< Тх) в завн! симости от типа используемого устройства. Рассмотрим более предпочтительны изотермический процесс:

Le të shqyrtojmë tani rastin e zgjerimit adiabatik, i cili është shumë më i lehtë për t'u kryer në jetën reale. Nëse nuk ka shkëmbim nxehtësie gjatë zgjerimit, temperatura e gazit do të ndryshojë sipas ligjit të mëposhtëm:

Këtu për azotin y = 1.4. Puna e zgjerimit

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

I / atm = Ra ™ "" 3 = ^ LT3 "

Në këtë rast, puna e dobishme do të jetë e barabartë me

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

Kështu, në shembullin e diskutuar më sipër, puna përfundimtare e marrë gjatë zgjerimit do të jetë e barabartë me 4.2 MJ / kmol, ose 150 kJ / kg. Krahasoni këtë shifër me 5,7 MJ / kmol, ose 204 kJ / kg, për rastin e zgjerimit izotermik dhe me nxehtësinë specifike të djegies së benzinës 47 000 kJ / kg.

Është e qartë se energjia specifike e lëngut punues kriogjenik mund të rritet -> duke rritur presionin e punës. Megjithatë, kjo rritje i nënshtrohet logaritmit | ligji. Kështu, me një rritje të presionit 10 herë (deri në 10 MPa), energjia specifike do të rritet në 11.4 MJ / kmol, ose vetëm 2 herë. Vini re se një presion prej 10 MPa korrespondon me 100 atm. Ndërtimi i një motori për këtë presioni i funksionimit- një problem i vështirë teknik: motori do të jetë i rëndë dhe shumë i shtrenjtë.

Motorët me djegie të brendshme me benzinë ​​kanë një efikasitet mesatar prej më pak se 20%. Kjo do të thotë, puna e dobishme për 1 kg të lëngut të punës në një motor benzine është 8000 kJ / kg ose më shumë, ose pothuajse 40 herë më shumë se në një motor kriogjenik.

Në motorët e parë kriogjenë eksperimentalë të krijuar, vlerat e arritura të punës specifike ishin më pak se 50 kJ / kg. Në një makinë demonstruese me këtë motor, konsumohej 1 galo nitrogjen për 0,3 milje. Kjo do të thotë, ende nuk ka qenë e mundur të krijohet një motor kriogjenik mjaft praktik. Është e mundur që pas modifikimeve të duhura, efikasiteti të jetë si më poshtë: * "motorët mund të përmirësohen ndjeshëm1).

Motorët kriogjenikë për automjete nuk kanë siguruar ende kilometrazh të lartë. Kostoja aktuale e azotit të lëngshëm është 0,5 dollarë / kg, ose 1,52 dollarë / gallon. Duke marrë parasysh vlerat e arritura të kilometrazhit specifik, kjo do të thotë se me të njëjtën kilometrazh, kostoja e d - këtij karburanti do të jetë dhjetë herë më e lartë se ajo e motorëve me benzinë.

Në të njëjtën kohë, një konsum specifik më i lartë i "karburantit" kërkon një rezervë më të madhe të tij. automjeti... Dhe kjo, nga ana tjetër, çon në një ulje të ngarkesës që mund të mbajë automjeti.

Përafërsisht. ed. I pari dhe një nga zhvilluesit e paktë të një motori kriogjenik është. Universiteti i Uashingtonit (SHBA), i cili krijoi prototipin e tij LN2000 bazuar në automjetin postar Grumman-Olson. Një motor me përvojë 5 cilindrash me një kapacitet prej 15 litrash u instalua në makinë. me., duke punuar në azotin e lëngshëm në një cikël të hapur Rankine. Motori kriogjenik siguroi një shpejtësi maksimale të automjetit prej 35.4 km / orë dhe një anije Dewar prej 80 litrash, e cila u përdor për të ruajtur azotin e lëngshëm në një presion prej 24 bar, duke siguruar një distancë lundrimi prej rreth 2 milje (3.2 km). Makina kriogjenike u krijua në mesin e viteve '90 në rrjedhën e kërkimit të termocentraleve për një makinë të kategorisë ekologjike ZEV (me zhvendosje zero), alternativë ndaj makinës elektrike. Ka edhe entuziastë në Rusi që përpiqen të krijojnë një motor efikas kriogjenik. Megjithatë, suksese të rëndësishme, të cilat flasin për efikasitetin dhe rëndësinë e këtij drejtimi për transporti rrugor, as në Rusi dhe as jashtë saj, ende nuk është arritur.

Avantazhi i vetëm i padyshimtë i motorëve kriogjenikë është mirëdashësia e tyre mjedisore. Megjithatë, padëmshmëria ekologjike e sistemeve të tilla nuk është zero, pasi prodhimi i azotit të lëngshëm kërkon shpenzime të rgi, të shoqëruara me emetime të dëmshme. Pyetja është nëse përfitimet mjedisore kompensojnë disavantazhet serioze të djegësve kriogjenikë të përshkruar më sipër.

Vërtetoni se efikasiteti teorik i një motori Stirling pa rigjenerim

ku ПCamot është efikasiteti i ciklit Carnot që korrespondon me diapazonin e caktuar të temperaturës; v është numri i shkallëve të lirisë së lëngut punues (gazit); g - raporti i kompresimit.

Cili gaz është më mirë të përdoret si lëng pune? Shpjegoni pse?

Në shembujt, ne kemi supozuar një raport kompresimi prej 10. Sa do të ishte efikasiteti i motorit me një raport ngjeshje prej 20? Çfarë disavantazhesh do të ketë gsto në një raport më të lartë kompresimi? A ka kuptim të rritet raporti i kompresimit?

Vizatoni proceset tipike të motorit Stirling në diagrame dhe T, S për shembullin e dhënë në tekst. Cili është kuptimi fizik i gjatësive nën kthesat p, V - dhe 7 ~, V - për v dhe s dhe m osty?

Konsideroni dy cilindra A dhe B me pistona brenda. Vëllimet Ra - e brenda cilindrave mund të ndryshohen në mënyrë të pavarur. h maksimale e secilit prej këtyre cilindrave është 10 m3, vëllimi minimal është zero. Cilindri - ato janë të ndërlidhura në mënyrë hidraulike në mënyrë që gazi në çdo pikë të vëllimit të cilindrave të ketë të njëjtin presion. Në momentin fillestar të kohës, vëllimi i cilindrit A është i barabartë me 10 m3, dhe vëllimi i cilindrit B është zero. Me fjalë të tjera, pistoni A do të shkojë lart dhe pistoni B do të zbresë. Eksponenti adiabatik i trupit të tij është y = 1,4.

Vetëm gazi (kmol) është në sistem në një presion prej 0,1 MPa dhe një temperaturë prej 400 K.

3. Tani imagjinoni që pistoni A është ngritur në mënyrë që vëllimi në cilindër të reduktohet në 1 m3, dhe vëllimi në cilindrin B mbetet i pandryshuar. Sa janë temperatura m> e gazit dhe presioni i tij në kushtet e një procesi adiabatik? Si shpenzohet energjia në komprimim?

4. Pastaj pistonët filluan të lëvizin njëkohësisht derisa vëllimi në cilindrin A u bë i barabartë me zero, dhe në cilindrin B - 1 m3. Sa është presioni dhe temperatura e gazit në cilindrin B!

5. Hapi tjetër është transferimi i nxehtësisë në cilindrin B në mënyrë që * vëllimi të jetë rritur në 10 m3. Temperatura e gazit nuk ndryshon gjatë procesit. Sa nxehtësi i është transmetuar gazit gjatë këtij procesi.Çfarë pune ka bërë pistoni B? Cili është presioni përfundimtar i gazit?

6. Tani pistoni B fillon të ngrihet, ndërsa pistoni A është ulur. Gazi rrjedh nga një cilindër në tjetrin. Ky proces”. teorikisht ndodh pa konsum të energjisë. Nga cilindri A, nxehtësia shkarkohet në mjedis dhe gazi ftohet në një temperaturë prej 400. Në pozicionin përfundimtar, kur cilindri A ka një vëllim maksimal, ci konsiderohet plotësisht i plotë. Sa energji u lëshua në mjedis gjatë këtij procesi?

7. Sa është efikasiteti i një makinerie të caktuar, pra sa është raporti i sasisë së punës së bërë me nxehtësinë e marrë nga ngrohësi?

8. Si krahasohet ky efikasitet me efikasitetin e ciklit Carnot?

9. Vizatoni proceset e konsideruara në diagramet p, Y - dhe 7, ^.

10. Merrni formulën për raportin e efikasitetit ndaj ngjeshjes Vizatoni një kurbë të efikasitetit kundrejt g në diapazonin 1< г < 100.

11. Nëse vlera e fituar e efikasitetit rezulton qartë e mbivlerësuar (n realiste), për shembull, e barabartë me 10,000, sa do të ishte efikasiteti aktual? A mund të tejkalojë efikasitetin e ciklit Carnot? Shpjegoni gjetjet tuaja.

3.4. Imagjinoni një makinë të caktuar të pajisur me një motor me shkëndijë: me djegie të brendshme (cikli Otto). Ky motor përdor benzinë ​​(për 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.

Meqenëse motorët me benzinë ​​mund të përdorin nolin si lëndë djegëse, pronari i makinës vendosi ta konvertojë atë në këtë lloj karburanti. Në të njëjtën kohë, hapi ", ngjeshja" u rrit në 12. Le të supozojmë se në çdo rast, makina reale efektive është afërsisht e barabartë me gjysmën e efikasitetit teorik. Cili është konsumi specifik i karburantit të një makine që funksionon me etanol?

Vlera kalorifike dhe dendësia më e ulët e substancave në shqyrtim: pentan - 28,16 MJ / l, 0,626 kg / l; etanol - 21,15 MJ / l, 0,789 kg / l.

Zgjidheni këtë problem dy herë, një herë për y = 1,67 dhe tjetrën për y = 1,4.

3.5. Konsideroni një cilindër me një pistoni pa fërkim. Në fazën fillestare të eksperimentit, ai përmban 1 litër gaz (y = 1.4, c = 20 kJ / (K kmol)) në një temperaturë prej 400 K dhe presione prej 105 Pa.

Sa gaz, në kilometra, ka në cilindër?

2 Cili është produkti pV në këtë rast!

GKst tani pistoni lëviz me një ulje të vëllimit të gazit në 0,1 l. Kompresimi është adiabatik.

Sa është presioni i gazit pas ngjeshjes? і Me çfarë është e barabartë temperatura e gazit?

J Çfarë pune është bërë nga kompresori?

1 masë furnizon në mënyrë izotermale 500 J nxehtësi gazit.

і Sa është vëllimi i gazit pas kësaj?

Cila ishte barazimi i gojës?

Meqenëse kur furnizohet nxehtësia, gazi zgjerohet (pistoni lëviz), çfarë pune bën ai?

Tani gazi zgjerohet adiabatikisht derisa vëllimi i tij të jetë i barabartë me 1 litër.

Sa është presioni i gazit pas zgjerimit adiabatik? і Cila është temperatura e gazit?

çfarë pune bëhet në zgjerimin adiabatik?

Lëreni nxehtësinë të hiqet nga gazi në mënyrë izotermale derisa presioni i tij të jetë i barabartë me 105 Pa. Në këtë rast, sistemi kthehet në gjendjen 1.

2. Sa është puna totale e pistonit e transferuar në ngarkesën e jashtme? sa është sasia totale e nxehtësisë së marrë nga sistemi (nxehtësia e refuzuar nuk merret parasysh këtu)?

Cili është efikasiteti i pajisjes?

5 Sa është efikasiteti përkatës i ciklit Carnot?

Nr Vizatoni proceset dhe ciklin e plotë në f. K-diagrami.

Le të supozojmë se benzina ka një numër oktani 86. Numri oktan i etanolit është 160. Le të supozojmë se y = 1.4.

1. Si ka ndryshuar vlera kalorifike e 1 litër përzierje në krahasim me vlerën kalorifike të benzinës së pastër?

2. Sa është numri oktan i gjithë përzierjes?

Le të supozojmë se raporti maksimal i lejueshëm i kompresimit të karburantit është r = 0,093 Og, ku Og është numri i oktanit.

3. Cili është raporti maksimal i ngjeshjes së një motori me benzinë? Motori me karburant të përzier?

4. Sa është efikasiteti relativ i motorit?

5. Sa është konsumi specifik i karburantit për njësi të distancës së përshkuar kur përdoret benzinë ​​e pastër dhe kur përdoret një përzierje karburanti?

3.7. Motori me piston me qark të hapur funksionon në ajër atmosferik. e cila futet në të në një sasi prej 23 * 10 () kmol në një temperaturë prej 300 K dhe një presion prej 105 Pa. Raporti i kompresimit të motorit është 5.74.

Tkurrja dhe zgjerimi janë adiabatike. Nxehtësia furnizohet në mënyrë izobare, ndërsa nxehtësia hiqet në mënyrë izotermale. 500 Jb nxehtësi i jepet gazit për cikël. Ajri ka c. = 20 790 J / (K - kmol) dhe y = 1,4.

Cili është efikasiteti teorik i motorit? Krahasoni këtë me efikasitetin e ciklit Karnot.

Ndiqni këto hapa:

llogarit vëllimin fillestar të cilindrit;

Përcaktoni për procesin e kompresimit adiabatik vlerat përfundimtare të V, p, T dhe punën e kërkuar:

përcaktimi i parametrave termodinamikë të sistemit pas furnizimit me nxehtësi; llogaritni punën e përsosur në procesin e zgjerimit.

3.8. Disa motorë Stirling realizojnë vetëm gjysmën kur punojnë; efektiviteti i tij teorik. Motori funksionon në intervalin e temperaturës nga 1000 në 400 K. Cili do të jetë efikasiteti i pajisjes në rastet e mëposhtme:

1. Nëse përdorni një rigjenerues ideal të nxehtësisë, argoni si mjet pune dhe raporti i ngjeshjes është 10:1.

2. Në të njëjtat kushte si në pretendimin 1, raporti i ngjeshjes është 20:1.

3. Në të njëjtat kushte si në pikën 1, por pa përdorur rigjenerator.

4. Në të njëjtat kushte si në pikën 2, por pa përdorur rigjenerator.

3 9. Kur përdorni përzierje të pasura, rendimenti i motorit Otto zvogëlohet, ndërsa kur punoni në një përzierje të dobët, mund të ketë probleme me ndezjen. Zgjidhja për këtë çështje mund të jetë përdorimi i motorëve me djegie të shtresuar.

Konsideroni një motor me një raport kompresimi 9: 1. Një përzierje e pasur ka y = 1,2, një përzierje e dobët y = 1,6. Duke qenë të gjitha gjërat e tjera të barabarta, cili është raporti i ■ »efikasitetit të përdorimit të përzierjes së dobët me efikasitetin e përdorimit - V. 4-ta e përzierjes së pasur?

3.8. Konsideroni një motor Otto të ndezur nga shkëndija që ka karakteristikat e mëposhtme:

vëllimi maksimal i cilindrit VQ = 1 l (KN m3); raporti i ngjeshjes r = 9: 1; presioni në fund të hyrjes p0 = 5 104 Pa; temperatura e përzierjes në fund të hyrjes 70 = 400 K; vlera mesatare e indeksit adiabatik të përzierjes është 1.4;

nxehtësia specifike e përzierjes (në vëllim konstant) c = 20 kJDC - kmol).

Çfarë fuqie i transferohet ngarkesës nëse boshti i motorit rrotullohet me> * 00 rpm?

Masat Chtomnye: N - 1 dalton: C - 12 dalton; N - 14 Daltons: 0-16 Dal - ton. Prania e argonit në përzierje mund të neglizhohet.

3.12. Nxehtësia më e lartë e djegies së i-heptanit (në 1 atm dhe 20 ° C) është 48.11 MJ / kg. Cila është vlera kalorifike neto?

3.13. 1 mol e disa gazit (y = 1,6, cv = 13,86 J / (K kmol) në 300 K merr 1 litër. Për çdo hap të përshkruar më poshtë, përcaktoni vlerat e p, Vu T.

Hapi 1 -> 2.

Kompresimi adiabatik i gazit në një vëllim prej 0,1 l. Sa energji është shpenzuar tV12 në komprimim?

Hapi 2 -> 3.

Transferimi izotermik i 10 kJ nxehtësie në lëngun punues. Me çfarë barazohet puna e jashtme?

Hapi 3 -> 4.

Zgjerimi i gazit adiabatik 10: 1.

Hapi 4 -> 1.

Heqja e nxehtësisë izotermike me kthimin e gazit në gjendjen 1. Me çfarë është energjia e hequr?

Cili është efikasiteti i përgjithshëm i ciklit?

Sa është efikasiteti i ciklit përkatës të Carnot?

Sa fuqi do të ketë motori nëse boshti i tij rrotullohet me 5000 rpm (5000 cikle në minutë)?

3.14. Në motorin Stirling të diskutuar më parë, ndodh kompresimi izotermik, i ndjekur nga futja e nxehtësisë izokorike, kompresimi izotermik dhe heqja e nxehtësisë izokorike.

Kompresimi izotermik është i vështirë për t'u arritur, veçanërisht në motorët me shpejtësi të lartë. Prandaj, supozojmë se motori po kryen kompresim adiabatik gjatë funksionimit. Vini re se fazat e tjera të motorit në fjalë korrespondojnë me fazat e motorit të përshkruar më parë. Pra, me furnizim izotermik me nxehtësi, lëngut punues i furnizohet 293 J. Dmth cilindri “i nxehtë” pas procesit të ngjeshjes adiabatike do të ketë një temperaturë prej 652 K deri në përfundim të procesit të furnizimit me nxehtësi.

Përcaktoni efikasitetin teorik të motorit (pa rikuperim të nxehtësisë) dhe krahasoni atë me efikasitetin e ciklit përkatës Carnot.

Përcaktoni fuqinë e prodhuar nga një cilindër i një motori të caktuar, duke supozuar se efikasiteti i një motori të vërtetë do të jetë afërsisht 2 herë më i vogël se ai i një motori ideal. Shpejtësia e boshtit të motorit është 1800 rpm. Çdo rrotullim i rrotullimit të boshtit korrespondon me një cikël të plotë të motorit. Për llogaritjet, merrni y = 1.4.

3.15. Supozoni se motori funksionon në një interval temperaturash midis 1000 dhe 500 K me efikasitetin e një motori Carnot. Burimi i nxehtësisë ka një fuqi prej 100 kW dhe një temperaturë prej 1500 K. Kjo nxehtësi transferohet në lëngun e punës të motorit të përshkruar më parë. Le të supozojmë se transferimi i rrjedhës së nxehtësisë kryhet në një gradient të temperaturës që zvogëlon temperaturën nga 1500 në 1000 K. Efikasiteti i transferimit të nxehtësisë supozohet të jetë 100%, domethënë, fuqia 100 kW i furnizohet motorit pa humbjet.

Cili është efikasiteti i motorit të përshkruar më sipër, që funksionon në ciklin Iirno? Sa është fuqia neto e këtij sistemi (motori)?

3.16. Kaldaja me avull furnizon me avull turbinën me avull. Në muret e bojlerit ka kanale nëpër të cilat rrjedh avulli. Nga njëra anë, këto mure janë në zonën e flakës së furrës. Temperatura e avullit të ndezur është 500 K, temperatura e murit në kontakt me flakën është 1000 K. Një fluks nxehtësie prej 1 kW kalon në çdo centimetër katror të sipërfaqes ngrohëse. Përçueshmëria termike e mureve metalike të kanalit X varet nga temperatura si më poshtë: X = 355 - 0,111 Т (në SI). Temperatura jepet në Kelvin.

Llogaritni trashësinë e murit.

2 Përcaktoni temperaturën në pikën e mesit midis mureve të brendshme dhe të jashtme të kanalit.

I ". Motori me ndezje me shkëndijë 4-stroke Otto ka një vëllim total prej 2 litrash dhe punon me metan (vlera kalorifike bruto 55,6 MJ / kg). Nxehtësia e kompresimit në motor është 10: 1. karburanti në atë mënyrë që është ruajtur raporti stekiometrik i specifikuar. Eksponenti adiabatik i përzierjes është 1.4.< температуре 350 К, так как гидравлические потери на входе можно считать небрежимо малыми.

a transmetohet fuqia nga motori në ngarkesë nëse frekuenca e rrotullimit të boshtit të tij është 5000 rpm? Duke marrë parasysh veçoritë e motorit, llogaritja duhet të bëhet në bazë të nxehtësisë më të ulët të djegies së karburantit.

18. Konsideroni një motor ndezës me shkëndijë me një raport kompresimi 9: 1. Gazi brenda cilindrit ka y = 1,5.

gjendja fillestare e lëngut punues ka këto parametra: = I l;

unë atm; Tx = 300 K.

Në fund të procesit të kompresimit, injektohet 10 mg benzinë, pastaj përzierja e ndezjes është g "I. Djegia e karburantit ndodh menjëherë. Le të supozojmë se nxehtësia specifike e benzinës është 45 MJ / kg.

Përcaktoni efikasitetin ideal të motorit.

Llogaritni efikasitetin e ciklit përkatës të Carnot.

3. Vërtetoni se zvogëlimi i sasisë së karburantit të injektuar në një kulm do ta afrojë efikasitetin e ciklit Otto me efikasitetin e Carnot CEC.

3.19. Në një motor nafte, karburanti injektohet në ajër të nxehtë të kompresuar në cilindër, pas së cilës përzierja ndizet spontanisht. Supozoni se karburanti furnizohet relativisht ngadalë, në mënyrë që djegia e përzierjes të bëhet me presion thelbësisht konstant. Raporti i kompresimit g i përdorur në shumicën e motorëve me naftë është midis 16:1 dhe 22:1. Në motorët me naftë, ndezja spontane ndodh në mënyrë të besueshme në një temperaturë ajri prej të paktën 800 K.

Ajri ka një raport të nxehtësisë specifike në presion konstant me nxehtësinë specifike në vëllim konstant, të barabartë me 1.4 (y = 1.4). Filloni temperaturën e ajrit në hyrje të një motori të ftohtë me naftë 300 K.

Cili duhet të jetë raporti minimal i kompresimit që kërkohet për të ndezur motorin?

3.20. Konsideroni një makinë që përdor ajrin> i (y = 1.4) si një mjet pune dhe kryen një seri të njëpasnjëshme procesesh termodinamike. Në fund të çdo procesi, përcaktoni karakteristikat e gjendjes së gazit (presioni, vëllimi dhe temperatura), si dhe karakteristikat energjetike të secilit proces.

Në gjendjen fillestare (gjendja 1), gazi ka karakteristikat e mëposhtme рх = 105 Pa; Vx = 10-3 m3; Tx = 300 K.

1. Procesi i 1-rë (hapi I -> 2): ngjeshja adiabatike, reduktimi i vëllimit në 10-4 m3.

2. Procesi i dytë (hapi 2 -> 3): furnizimi izobarik me 200 J nxehtësi.

Procesi 3.3 (hapi 3 -> 4): zgjerim adiabatik deri në V4 = 10_3m3.

Llogaritni të gjithë energjinë termike dhe mekanike që i jepet motorit dhe të gjithë energjinë mekanike që largohet prej tij. Bazuar në këtë, përcaktoni efikasitetin e makinës. (Udhëzim: Sigurohuni që të merrni parasysh të gjitha proceset në të cilat hiqet energjia.)

3.21 Në ciklin e një motori me naftë, mund të dallohen fazat e mëposhtme:

Faza 1 2. Kompresimi adiabatik i ajrit të pastër nga vëllimi Vx në vëllim ":

faza 2 -> 3. Djegia e karburantit në presion konstant me zgjerim nga vëllimi V2 në vëllimin K3;

faza 3 ^ 4. Zgjerimi adiabatik nga vëllimi V3 në vëllimin V4; faza 4 - »1. Heqja e nxehtësisë izokorike, në të cilën gazi është në kushtet fillestare.

Cikli t është i ngjashëm me ciklin Otto me ndryshimin e vetëm që djegia në Otto nickle vazhdon izokorik, ndërsa në një motor dizel është izobarik, shikojmë një cikël në të cilin Fj = K) 3 m3, V2 = 50 W-6 m3. , V3 = 100 10-6 m3, = 105 Pa, 7] - 300 K dhe për të gjitha proceset do të konsiderojmë y = 1.4.

Llogaritni efikasitetin teorik të ciklit.

Llogaritni efiçencën duke përdorur ekuacionin e efikasitetit të ciklit të naftës të marrë në K. 4.

Llogaritni efikasitetin duke vlerësuar të gjithë energjinë mekanike (ngjeshja dhe zgjerimi) dhe të gjitha proceset termike (futja dhe heqja e nxehtësisë). Jini mjaft të kujdesshëm kur analizoni se çfarë ndodh gjatë fazës së djegies (2-> 3), kur energjia e djegies lirohet dhe kryhet disa punë mekanike në të njëjtën kohë.

zbritje në PP. 2 dhe 3 duhet të jenë të njëjta.

Të gjithë e dimë se një nga themelet e jetës materiale të njerëzimit modern janë mineralet e njohura nafta dhe gazi. Hidrokarburet e bekuara janë të pranishme në një mënyrë ose në një tjetër në çdo fushë të jetës sonë dhe gjëja e parë që i vjen ndërmend çdo personi është karburanti. Këto janë benzina, vajguri dhe gazi natyror i përdorur në sisteme të ndryshme energjetike (përfshirë motorët e automjeteve).

Sa makina në rrugët e botës dhe aeroplanë digjen në ajër në motorët e tyre ... Numri i tyre është i madh dhe po aq i madh është sasia e karburantit që shkon, si të thuash, në tub (dhe në të njëjtën kohë koha përpiqet të kontribuojë pjesën e saj të konsiderueshme në helmimin e atmosferës :-)). Megjithatë, ky proces nuk është i pafund. Rezervat e naftës, nga të cilat prodhohet pjesa më e madhe e karburantit në botë (pavarësisht se gradualisht po humbet terren ndaj gazit natyror), po zvogëlohen me shpejtësi. Vazhdimisht po shtrenjtohet dhe deficiti i tij ndihet gjithnjë e më shumë.

Kjo situatë ka detyruar prej kohësh studiuesit dhe shkencëtarët në mbarë botën të kërkojnë burime alternative të karburantit, duke përfshirë edhe aviacionin. Një nga drejtimet e një aktiviteti të tillë ishte zhvillimi i përdorimit të avionëve lëndë djegëse kriogjenike.

Kriogjenik do të thotë " i lindur nga i ftohti”, Dhe karburanti në këtë rast është gazi i lëngshëm, i cili ruhet në temperatura shumë të ulëta. Gazi i parë që tërhoqi vëmendjen e zhvilluesve në këtë drejtim ishte hidrogjeni. Ky gaz ka tre herë vlerën kalorifike të vajgurit dhe, për më tepër, kur përdoret në një motor, uji dhe një sasi shumë e vogël e oksideve të azotit çlirohen në atmosferë. Kjo është, ajo është e padëmshme për atmosferën.

Aeroplan TU-154B-2.

Në mesin e viteve 80 të shekullit të kaluar, zyra e projektimit të A.N. Tupolev filloi të krijojë një avion që përdor hidrogjen të lëngshëm si karburant. Ajo u zhvillua në bazë të serialit TU-154B duke përdorur motorin turbojet anashkalues ​​NK-88. Ky motor u krijua në ndërtesën e motorit byroja e projektimit im. Kuznetsova(Samara), i bazuar përsëri në një motor serik për Tu-154 NK-8-2, dhe ishte menduar të punonte me hidrogjen ose gaz natyror. Duhet thënë se në këtë byro punohet për tema të reja që nga viti 1968.

I njëjti Tu-155 është në ruajtje ... Fatkeqësisht, ruajtje e neveritshme :-(.

Avion i ri në lëvizje lëndë djegëse kriogjenike mori emrin TU-155. Megjithatë, gjërat nuk janë aq të thjeshta. Çështja është se hidrogjeni është një lëndë djegëse e rrezikshme. Është jashtëzakonisht i ndezshëm dhe shpërthyes. Ka aftësi të jashtëzakonshme depërtuese dhe mund të ruhet dhe transportohet vetëm në gjendje të lëngshme në temperatura shumë të ulëta, afër zeros absolute (-273 gradë Celsius). Këto veçori të hidrogjenit janë një problem i madh.

Prandaj, TU-155 ishte një laborator fluturues për kërkimin dhe zgjidhjen e problemeve ekzistuese, dhe avioni bazë pësoi një ndryshim rrënjësor gjatë krijimit të tij. Në vend të motorit të duhur NK-8-2, u instalua një NK-88 i ri kriogjenik (dy të tjerët mbetën të afërm :-)). Në pjesën e pasme të avionit, në vendin e ndarjes së pasagjerëve, u vendos një rezervuar i veçantë për të lëndë djegëse kriogjenike, hidrogjen i lëngshëm, me vëllim 20 metër kub. me të zgjeruara ekran-vakum izolim, ku hidrogjeni mund të ruhet në temperatura nën minus 253 gradë Celsius. Ajo u furnizua motorëve me një speciale njësia e pompës turbo si në një raketë.

Motori NK-88. Një montim masiv i pompës turbo është i dukshëm në majë të motorit.

Për shkak të rrezikut të lartë të shpërthimit, pothuajse të gjitha pajisjet elektrike duhej të hiqeshin nga ndarja me rezervuarin e karburantit në mënyrë që të përjashtohej mundësia më e vogël e ndezjes, dhe e gjithë ndarja pastrohej vazhdimisht me azot ose ajër. Për të kontrolluar njësitë termocentrali u krijua një sistem i veçantë i kontrollit të heliumit. Për më tepër, avujt e hidrogjenit nga rezervuari duhej të largoheshin nga motorët për të shmangur ndezjen. Për këtë është bërë një sistem kullimi. Në aeroplan, degët e tij në gypin e pasmë janë qartë të dukshme (veçanërisht në keel).

Diagrami i paraqitjes së TU-155. Blu - rezervuar karburanti. Ndarja e përparme përmban pajisje mbështetëse. Motori kriogjenik në të kuqe.

Në përgjithësi, u krijuan dhe u zbatuan më shumë se 30 sisteme të reja avionësh. Në përgjithësi, puna u krye jashtëzakonisht :-). Por kishte gjithashtu nevojë për pajisje me bazë tokësore, jo më pak komplekse që do të siguronin karburant dhe magazinim. Vërtetë, atëherë zhvillimi i sistemit Buran ishte në lëvizje të plotë, në raketën bartëse të së cilës hidrogjeni i lëngshëm ishte një nga shtytësit. Prandaj besohej se gjithçka do të furnizohej në baza industriale dhe nuk do të mungonte karburanti. Por, mendoj, të gjithë e kuptojnë se karburanti kriogjenik në një sistem të tillë bëhet thjesht "ari" për sa i përket kostos. Dhe kjo do të thotë se përdorimi komercial i hidrogjenit të lëngshëm është vështirë i mundur në të ardhmen e afërt. Prandaj, edhe atëherë ishin duke u zhvilluar përgatitjet për kalimin në një specie tjetër. lëndë djegëse kriogjenike – gazi natyror i lëngshëm(LNG).

Sidoqoftë, fluturimi i parë i TU-155 në hidrogjen të lëngshëm u zhvillua në 15 Prill 1988. Përveç kësaj, ka pasur 4 fluturime të tilla. Pas kësaj, TU-155 u modifikua për fluturime duke përdorur gaz natyror të lëngshëm (LNG).

Krahasuar me hidrogjenin, ky lloj karburanti është shumë më i lirë dhe më i aksesueshëm, për më tepër, është gjithashtu disa herë më i lirë se vajguri. Vlera e tij kalorifike është 15% më e lartë se ajo e vajgurit. Përveç kësaj, ai gjithashtu bën pak për të ndotur atmosferën dhe mund të ruhet në një temperaturë prej minus 160 gradë, që është deri në 100 gradë më e lartë se ajo e hidrogjenit. Për më tepër, në sfondin e hidrogjenit, LNG është akoma më pak i rrezikshëm nga zjarri (megjithëse, natyrisht, një rrezik i tillë ekziston ende) dhe ka përvojë të mjaftueshme në mbajtjen e tij në një gjendje të sigurt. Organizimi i furnizimit me gaz (LNG) të fushave ajrore, në përgjithësi, gjithashtu nuk është jashtëzakonisht i vështirë. Tubacionet e gazit janë të lidhura me pothuajse çdo aeroport të madh. Në përgjithësi, ka mjaft avantazhe :-).

Fluturimet e para të TU-155 tashmë janë duke përdorur lëndë djegëse kriogjenike Gazi natyror i lëngshëm u zhvillua në janar 1989. (Videoja më poshtë flet për këtë). Ka pasur edhe rreth 90 fluturime të tilla. Të gjithë treguan se konsumi i karburantit është ulur me pothuajse 15% në krahasim me vajgurin, domethënë avioni bëhet më ekonomik dhe më fitimprurës.

Tani pak për perspektivat ... Në fund të viteve '90, menaxheri kryesor i rezervave të gazit rus, Gazprom, doli me një iniciativë për të ndërtuar në fillim një avion mallrash-pasagjerësh, dhe më pas vetëm një aeroplan pasagjerësh, i cili mund të funksionojë tërësisht me LNG. Avioni mori emrin TU-156 dhe u krijua në bazë të TU-155 ekzistues. Në të do të instaloheshin tre motorë të rinj NK-89. Këto janë të ngjashme me NK-88, por me dy sisteme të pavarura të karburantit: njëri për dhe tjetri për lëndë djegëse kriogjenike(LNG). Kjo ishte e përshtatshme në kuptimin që nuk ishte gjithmonë e mundur të rimbushej me gaz, dhe avioni mund të kalonte nga një sistem energjie në tjetrin sipas nevojës. Sipas teknologjisë së zhvilluar, kjo zgjati vetëm pesë minuta. NK-89 kishte edhe një shkëmbyes nxehtësie në hapësirën e turbinës, ku gazi i lëngshëm kalonte në gjendje të gaztë dhe më pas hynte në dhomën e djegies.

Shumë punë kërkimore dhe projektuese u kryen për rirregullimin e ndarjeve dhe vendndodhjen e rezervuarëve të karburantit. Deri në vitin 2000, tre TU-156 do të prodhoheshin në Uzinën e Aviacionit Samara dhe do të fillonte certifikimi dhe funksionimi i tyre i provës. Por... Për fat të keq, kjo nuk u bë. Dhe pengesat për zbatimin e planeve të konceptuara ishin ekskluzivisht financiare.

Pas kësaj, u zhvilluan disa projekte të tjera të avionëve që përdorin lëndë djegëse kriogjenike (LNG), të tilla si, për shembull, TU-136 me motorë turboprop që funksionojnë si me vajguri ashtu edhe me gaz të lëngshëm dhe TU-206 me trup të gjerë me motorë turbojet që funksionojnë në LNG.... Megjithatë, për momentin, të gjitha këto projekte janë ende projekte dhe kanë mbetur.

Modeli i avionit Tu-136.

Modeli i avionit TU-206 (TU-204K).

Koha do të tregojë se si do të zhvillohen gjërat në këtë fushë të shkencës dhe teknologjisë së aviacionit. Ndërsa krijimi i avionëve duke përdorur lëndë djegëse kriogjenike e penguar nga rrethana të ndryshme, objektive dhe subjektive. Mbetet shumë për të bërë në zhvillimin e sistemeve speciale të avionëve, zhvillimin e infrastrukturës tokësore, transportin e karburanteve dhe sistemet e magazinimit. Por kjo temë është jashtëzakonisht premtuese (dhe, për mendimin tim, shumë interesante :-)). Hidrogjeni, me intensitetin e tij të madh të energjisë dhe rezervat praktikisht të pashtershme, është karburanti i së ardhmes. Ne mund të flasim për këtë me besim të plotë. Faza kalimtare në këtë është përdorimi i gazit natyror.

Dhe ky hap vendimtar në të ardhmen është bërë pikërisht në Rusi. Unë jam krenar që ta them këtë përsëri :-). Askund në botë nuk kishte dhe deri më sot nuk ka asnjë avion të ngjashëm me TU-155 tonë. Do të doja të citoja fjalët e inxhinierit të famshëm amerikan të aviacionit Karl Brever: Rusët kanë bërë një punë në aviacion në përpjesëtim me fluturimin e satelitit të parë të Tokës!»

Kjo është e vërteta e vërtetë! Unë thjesht dua që këto gjëra të shkojnë në një rrjedhë (dhe rusët mund ta bëjnë këtë :-)), dhe në mënyrë që kjo rrjedhë të jetë e vazhdueshme, dhe të mos lëvizë me zhurmë, siç ndodh shpesh me ne ...

Dearman në partneritet me shkencëtarë, drejtues ndërmarrjet industriale dhe specialistë në pajisjet kriogjenike janë të specializuar në zhvillimin e teknologjive që përdorin gazra të lëngshëm. Arritja kryesore e këtij hulumtimi është motori Dearman, një motor reciprok më i avancuar që funksionon duke zgjeruar azotin e lëngshëm ose ajrin e lëngshëm për të prodhuar energji të ftohtë dhe mekanike miqësore me mjedisin.

Kur azoti kalon nga një gjendje e lëngshme në një gjendje grumbullimi të gaztë, ky gaz zgjerohet 710 herë. Kjo rritje në vëllim përdoret për të drejtuar pistonët e motorit. Motorët Dearman funksionojnë si motorët me avull presion të lartë, por në një pikë të ulët vlimi të azotit të lëngët. Kjo do të thotë se si nxehtësia e mbeturinave ashtu edhe temperatura e ambientit mund të përdoren si burim energjie termike, duke eliminuar nevojën për lëndë djegëse tradicionale.

Një veçori unike e motorëve Dearman është përdorimi i një përzierjeje uji dhe glikoli si ftohës. Kur ky ftohës përzihet me azot jashtëzakonisht të ftohur, ky lëng zgjerohet pothuajse izotermalisht, gjë që përmirëson shumë efikasitetin e motorit.

Është e rëndësishme të theksohet se kur motori Dearman është në punë, ai lëshon vetëm ajër ose azot, pa emetime të oksideve të azotit (NOx), dioksidit të karbonit (CO2) ose grimcave.

Teknologjia Dearman ka shumë përparësi ndaj teknologjive të tjera me karbon të ulët:

• Kosto e ulët kapitale dhe karboni i lidhur - Motorët Dearman prodhohen nga materiale të zakonshme duke përdorur teknologji të zakonshme në industrinë e prodhimit të motorëve.
• Mbushje e shpejtë - gazi i lëngshëm mund të transferohet midis rezervuarëve në shpejtësi të lartë... Industria moderne e gazit përdor sisteme të afta për të distiluar më shumë se 100 litra gaz të lëngshëm në minutë.
• Sasi të mëdha të infrastrukturës ekzistuese - industria e gazit është globale në natyrë. Aktualisht, ekziston një strukturë e zhvilluar mirë e prodhimit të azotit të lëngshëm, e aftë për të operuar mijëra motorë Dearman.
• Efikasiteti i procesit të prodhimit të "karburantit" është lëngëzimi i ajrit, një proces i krijuar prej kohësh që kërkon vetëm ajër dhe energji elektrike.

• Impianti i lëngëzimit të ajrit mund të përdoret në mënyrë shumë fleksibël - për shembull, gjatë orarit të punës ose gjatë kohës së ngarkesës së pjesshme. Burimet e rinovueshme të energjisë mund të përdoren për të ulur më tej kostot.

Si punon

Motori Dearman funksionon si më poshtë:
1. Ftohësi pompohet në cilindrat e motorit, duke mbushur pothuajse të gjithë vëllimin e tyre;

2. atëherë në cilindër futet azoti kriogjen, i cili bie në kontakt me lëngun e shkëmbimit të nxehtësisë dhe fillon të zgjerohet;

3. nxehtësia nga ftohësi absorbohet nga gazi në zgjerim, duke rezultuar në një zgjerim pothuajse izotermik;

4. pistoni lëviz poshtë, valvula e shkarkimit hapet dhe përzierja gaz-lëng del nga motori;

5. Ftohësi rikuperohet, nxehet dhe ripërdoret, ndërsa azoti ose ajri lëshohet në atmosferë.

Në territorin e Institutit të Kërkimeve të Fluturimit Gromov në Zhukovsky afër Moskës, ka një aeroplan me një mbishkrim në bordin e Tu-155. Kjo makinë unike është një laborator fluturues për testimin e sistemeve dhe motorëve të karburantit kriogjenik. Puna në këtë drejtim u krye në fund të viteve '80. Tu-155 u bë avioni i parë në botë që përdori hidrogjen të lëngshëm dhe gaz natyror të lëngshëm si lëndë djegëse. Kanë kaluar 27 vjet që nga fluturimi i parë i kësaj makinerie të pazakontë. Dhe tani ajo po qëndron në heshtje midis avionëve të çmontuar. Disa herë donin ta prisnin në metal. Pra, çfarë e bën këtë aeroplan unik?
1.

Para se të flasim për këtë avion, ia vlen të shpjegohet se çfarë është karburanti kriogjenik dhe si ndryshon nga karburanti hidrokarbur. Kriogjenika është një ndryshim në vetitë e substancave të ndryshme në temperatura jashtëzakonisht të ulëta. Kjo do të thotë, karburanti kriogjenik do të thotë "i lindur nga të ftohtit". Është hidrogjen i lëngshëm, i cili ruhet dhe transportohet në gjendje të lëngët në temperatura shumë të ulëta. Dhe për gazin natyror të lëngshëm, i cili gjithashtu ka temperatura shumë të ulëta.

Krahasuar me vajgurin, hidrogjeni i lëngshëm ka disa përparësi. Ka trefishin e vlerave kalorifike. Domethënë, kur digjen masa të barabarta, hidrogjeni lëshon më shumë nxehtësi, gjë që ndikon drejtpërdrejt në karakteristikat ekonomike të termocentralit. Përveç kësaj, kur përdoret, uji dhe sasi shumë të vogla të oksideve të azotit lëshohen në atmosferë. Kjo e bën termocentralin miqësor me mjedisin. Megjithatë, hidrogjeni është një lëndë djegëse shumë e rrezikshme. Kur përzihet me oksigjen, është jashtëzakonisht i ndezshëm dhe shpërthyes. Posedon aftësi të jashtëzakonshme depërtuese dhe mund të ruhet dhe transportohet vetëm në gjendje të lëngshme në temperatura shumë të ulëta (-253 ° C).

Këto veçori të hidrogjenit janë një problem i madh. Prandaj, së bashku me hidrogjenin e lëngshëm, gazi natyror konsiderohej edhe si lëndë djegëse e aviacionit. Krahasuar me hidrogjenin, është shumë më i lirë dhe më i përballueshëm. Mund të ruhet i lëngshëm në -160°C dhe në krahasim me vajgurin ka 15% vlerë kalorifike më të lartë. Ai është disa herë më i lirë se vajguri, gjë që e bën atë edhe ekonomikisht të qëndrueshëm si lëndë djegëse aviacioni. Megjithatë, gazi natyror është po aq i ndezshëm, megjithëse në një masë më të vogël se hidrogjeni. Ishte me këto vështirësi që inxhinierët e Byrosë së Dizajnit Tupolev duhej të përballonin kur krijuan një avion eksperimental Tu-155.
2.

Për herë të parë, projektuesit e aviacionit kanë hasur në teknologjinë kriogjenike. Prandaj, dizajni shkoi jo vetëm në qetësinë e sallave të projektimit, por edhe në laboratorët kërkimorë. Projektuesit, hap pas hapi, prezantuan zgjidhje dhe teknologji të reja të projektimit që sigurojnë krijimin e sistemeve thelbësisht të reja të avionëve, një termocentrali kriogjenik dhe sisteme që lejojnë funksionimin e tij të sigurt.
3.

Laboratori fluturues u krijua në bazë të serialit Tu-154, i modifikuar për standardin Tu-154B. Numri i bordit USSR-85035. Vladimir Aleksandrovich Andreev u emërua projektuesi kryesor i Tu-155. Avioni kishte shumë ndryshime thelbësore nga versioni bazë. Një rezervuar karburanti kriogjenik me një vëllim prej 17,5 m 3, së bashku me një sistem furnizimi me karburant dhe një sistem mirëmbajtjeje presioni, përbënin një kompleks eksperimental të karburantit të vendosur në ndarjen e pasme të avionit, të ndarë nga ndarjet e tjera të avionëve nga një zonë tampon. Rezervuari, tubacionet dhe njësitë e kompleksit të karburantit kishin një izolim me vakum të ekranit, duke siguruar rrjedhën e specifikuar të nxehtësisë. Zonat tampon mbronin ekuipazhin dhe ndarjet vitale të avionit në rast të një rrjedhjeje në sistemet e hidrogjenit.
4.

Avioni ishte i pajisur me një motor anashkalues ​​eksperimental turbojet NK-88, i krijuar në Samara në zyrën e projektimit të ndërtimit të motorit nën udhëheqjen e akademikut Nikolai Dmitrievich Kuznetsov në bazë të motorit serik për Tu-154 NK-8-2. Ai u instalua në vend të motorit të rregullt të djathtë dhe përdori hidrogjen ose gaz natyror për funksionim. Dy motorët e tjerë ishin vendas dhe punonin me vajguri. Ata tani janë hequr. Por NK-88 mbeti në vend.
5.

6.

7.

Ekzistojnë një numër sistemesh për kontrollin dhe monitorimin e kompleksit kriogjenik në avion:

Sistemi helium që kontrollon njësitë e termocentralit. Meqenëse motori punonte me hidrogjen, ishte e pamundur të furnizohej me disqe elektrike. Kjo është arsyeja pse sistemi i tij i kontrollit u zëvendësua me një helium.

Sistemi i azotit që zëvendëson ajrin në ndarjet ku janë të mundshme rrjedhjet e karburantit kriogjen.

Sistemi i kontrollit të gazit që monitoron mjedisin e gazit në ndarjet e avionit dhe paralajmëron ekuipazhin në rast të rrjedhjeve të hidrogjenit shumë përpara përqendrimit të eksplozivit.

Sistemi i kontrollit të vakumit në kavitetet izoluese të nxehtësisë.

Në ndarjen e ngarkesave të gypit përpara ka cilindra të rrumbullakët të azotit. Ato janë instaluar edhe në kabinën e avionit sipër dritareve. Në dysheme, në vend të sediljeve të pasagjerëve, janë instaluar cilindra heliumi. Stenda Plus me instrumente dhe pajisje regjistrimi.

Në përgjithësi, u krijuan dhe u zbatuan më shumë se 30 sisteme të reja avionësh. Ndër teknologjitë e reja, një vend të rëndësishëm zë procesi teknologjik, i cili siguron pastrimin e zgavrave të brendshme të tubacioneve dhe njësive. Sepse me izolim shumë efikas dhe ngushtësi vakum, pastërtia është çelësi i sigurisë së fluturimit tuaj të ardhshëm.

Kabina ka pësuar ndryshime. Ndarja u zhvendos më thellë në kabinë, dhe vendet e punës së inxhinierit të dytë në bord u instaluan në kabinë, i cili ishte përgjegjës për funksionimin e motorit eksperimental dhe inxhinieri i testimit, i cili kontrollonte funksionimin e sistemeve eksperimentale në bord. Në dyshemenë e kabinës u instalua një kapak shpëtimi emergjent.

U krijua një kompleks kriogjenik i aviacionit për servisimin e avionit dhe kryerjen e punës testuese. Ai përbëhej nga një sistem mbushjeje me hidrogjen të lëngshëm (ose gaz natyror të lëngshëm), furnizim me energji pneumatike, furnizim me energji elektrike, monitorim televiziv, analizë gazi, ujitje uji në rast zjarri dhe kontroll të cilësisë së karburantit kriogjenik.

Në fazën e provave tokësore, u kontrollua funksionimi i të gjitha sistemeve eksperimentale, duke përfshirë funksionimin e motorit NK-88 në hidrogjen të lëngshëm. U përpunuan mënyrat e karburantit, mirëmbajtja e sistemeve të vakumit, mënyrat e funksionimit të sistemit të karburantit dhe sistemi i mirëmbajtjes së presionit në kombinim me një motor që funksionon. Në të njëjtën kohë, u praktikua përgatitja e avionit për fluturim, furnizimi me karburant i sistemeve në bord me helium dhe azot.

Fotografia tregon një tub të gjatë që shtrihet nga poshtë gypit deri në grykën e motorit qendror. Ky është një sistem shkarkimi emergjent për hidrogjen të lëngshëm (gaz natyror). Ai bëri të mundur, nëse ishte e nevojshme, kullimin e karburantit kriogjenik në prerjen e grykës së një motori standard mesatar. Gjatë provave në tokë, u përpunuan situata të ndryshme që lidhen me rrezikun e një shpërthimi dhe zjarri.

9.

10.

11.

Në procesin e përgatitjes së drejtpërdrejtë për fluturimin, hidrogjeni i lëngshëm u dorëzua nga furnizuesit. Ata u lidhën me avionin përmes tubacioneve të palëvizshme kriogjenike me pajisje mbyllëse dhe lidhëse, të cilat siguronin boshllëqet e nevojshme për parandalimin e zjarrit midis avionit, cisternës dhe vendit ku gazi i kulluar i hidrogjenit derdhej në atmosferë. Pas ankorimit të cisternave, u krye kontrolli i cilësisë së hidrogjenit të lëngshëm duke përdorur një kampion të veçantë dhe një kromatograf gazi. Përveç operacioneve të zakonshme në përgatitjen e avionit për fluturim, u krye përgatitja e motorit eksperimental, sistemeve eksperimentale të avionit dhe kompleksit tokësor. Vëmendje e veçantë iu kushtua pajisjeve të shpërthimit dhe sigurisë nga zjarri, sistemeve të kontrollit të gazit, sistemeve të kontrollit të azotit, kontrollit të vakumit në zgavrat izoluese, sistemeve të shuarjes së zjarrit, ventilimit të ndarjes së kompleksit të karburantit dhe xhaketës së motorit. Gjatë provave, u testuan mjete të ndryshme mbrojtjeje kundër rritjes së përqendrimit të hidrogjenit në ndarje, si me përdorimin e një mediumi neutral (azoti), ashtu edhe me ventilim me ajër nga sistemi i kondicionimit në bord.

Për shkak të rrezikut të lartë të shpërthimit, pothuajse të gjitha pajisjet elektrike duhej të hiqeshin nga ndarja me rezervuarin e karburantit. Kjo eliminoi mundësinë më të vogël të ndezjes dhe e gjithë ndarja pastrohej vazhdimisht me azot ose ajër. Përveç kësaj, avujt e hidrogjenit nga rezervuari duhej të largoheshin nga motorët për të shmangur ndezjen. Për këtë është bërë një sistem kullimi. Një nga elementët e tij është i pari që bie në sy në kelin e avionit. Ky është paneli i tubit të shkarkimit.
12.

13.

Për fluturimin e parë, avioni u përgatit në bazën e testimit dhe zhvillimit të fluturimit Zhukovskaya të Tupolev (ZhLiDB). Tu-155 u tërhoq në vendin ku u ndezën motorët. "Unë jam 035, ju lutem ngrihuni." "035, pastrohet për ngritje." Më 15 prill 1988, në orën 17:10, një avion Tu-155 me një motor hidrogjeni të lëngshëm u ngrit nga një aeroport afër Moskës në fluturimin e tij të parë. Ai u pilotua nga një ekuipazh i përbërë nga: piloti i parë - pilot i nderuar testues i BRSS Vladimir Andreevich Sevankaev, piloti i dytë - pilot i nderuar testues i BRSS Andrei Ivanovich Talalakin, inxhinier fluturimi - Anatoly Aleksandrovich Kriulin, inxhinier i dytë i fluturimit - Yuri Mikhailovich Kremlev, inxhinier kryesor i provës - Valery Vladimirovich Arkhipov.

Fluturimi ka vazhduar normalisht. Të gjitha shërbimet tokësore dhe avioni përcjellës Tu-134 po monitoronin zbatimin e tij. Sistemet që janë testuar dhe testuar në tokë janë testuar për herë të parë në ajër. Fluturimi zgjati vetëm 21 minuta në rrathë të vegjël në lartësi të ndryshme jo më të larta se 600 metra. Përfundoi pak më herët se sa ishte planifikuar, për të cilin inxhinieri i testimit Valery Arkhipov kishte arsye të mira: në ndarjen e azotit, sensorët regjistruan praninë e azotit, i cili duhej të shfaqej automatikisht në rast të rrjedhjeve të hidrogjenit. Por, falë Zotit, arsyeja ishte ndryshe. Azoti furnizohej përmes një valvule baloni, e cila u shtyp kur avioni po anonte në të dy anët e boshtit. Kjo u bë e qartë vetëm në tokë.

Vetëm hapi i parë u hodh drejt zgjidhjes së problemeve komplekse të futjes së hidrogjenit të lëngshëm si lëndë djegëse aviacioni. Gjatë testeve të fluturimit, u kryen fluturime për të kontrolluar funksionimin e termocentralit dhe sistemeve të avionëve në mënyra të ndryshme fluturimi dhe gjatë evolucionit të avionit. Motori eksperimental filloi, funksionimi i sistemeve të shpërthimit dhe sigurisë nga zjarri u testua në mënyrat e krijimit të një mjedisi neutral dhe ventilimit të ajrit. Në qershor 1988, programi i testimit të fluturimit të hidrogjenit të lëngshëm përfundoi. Pas kësaj, Tu-155 u modifikua për fluturime duke përdorur gaz natyror të lëngshëm. Fluturimi i parë me këtë karburant u zhvillua më 18 janar 1989. Avioni u testua nga ekuipazhi i përbërë nga: komandanti i anijes - pilot i nderuar testues i BRSS Vladimir Andreevich Sevankaev, piloti i dytë - Valery Viktorovich Pavlov, inxhinier fluturimi - Anatoly Aleksandrovich Kriulin, inxhinier i dytë i fluturimit - Yuri Mikhailovich Kremlev, inxhinier kryesor i testit - Valery Vladimirovich Arkhipov ...

Siç tha projektuesi i përgjithshëm Alexey Andreevich Tupolev: "Sot, për herë të parë në botë, një aeroplan u ngrit duke përdorur gaz natyror të lëngshëm si lëndë djegëse. Dhe shpresojmë që ky fluturim i parë i këtij avioni të na japë mundësinë për të mbledhur të gjitha të dhënat shkencore dhe eksperimentale dhe për të ndërtuar një avion që do të jetë në gjendje të fluturojë pasagjerë në të ardhmen e afërt”.

Testet kanë treguar se konsumi i karburantit është ulur me pothuajse 15% në krahasim me vajgurin. Plus, ata konfirmuan mundësinë e funksionimit të sigurt të avionit duke përdorur karburant kriogjenik. Gjatë një grupi të gjerë testesh në Tu-155, u vendosën 14 rekorde botërore, si dhe u bënë disa fluturime ndërkombëtare nga Moska në Bratislavë (Çekosllovaki), Nice (Francë) dhe Hanover (Gjermani). Koha totale e funksionimit të termocentralit eksperimental i kaloi 145 orë.

Në fund të viteve '90, menaxheri kryesor i rezervave të gazit rus, Gazprom, doli me një iniciativë për të ndërtuar, në fillim, një avion mallrash-pasagjerësh, dhe më pas vetëm një aeroplan pasagjerësh, i cili mund të funksiononte plotësisht me gaz natyror të lëngshëm. . Avioni u emërua Tu-156 dhe u krijua në bazë të Tu-155 ekzistues. Në të do të instaloheshin tre motorë të rinj NK-89, të ngjashëm me NK-88, por me dy sisteme të pavarura karburanti: një për vajgurin dhe tjetrin për karburantin kriogjen. Shumë punë kërkimore dhe projektuese u kryen për rirregullimin e ndarjeve dhe vendndodhjen e rezervuarëve të karburantit.

Deri në vitin 2000, tre Tu-156 do të prodhoheshin në Uzinën e Aviacionit Samara dhe do të fillonte certifikimi dhe funksionimi i tyre i provës. Fatkeqësisht, kjo nuk u bë. Dhe pengesat për zbatimin e planeve të konceptuara ishin ekskluzivisht financiare.

Ndoshta, mund të themi se Tu-155 është përpara kohës së tij. Për herë të parë, ata përdorën sisteme në të cilat njerëzimi do të kthehet. Dhe Tu-155 është i denjë për të qenë në një muze, dhe jo në mesin e avionëve të harruar të çmontuar.

Në Sallonin Ndërkombëtar të Aviacionit dhe Hapësirës MAKS-2015 Kompania shkencore dhe inxhinierike "NIK" dhe B Fondacioni i Bamirësisë Aviation Legends me mbështetjen e Administratës së Qytetit Zhukovsky dhe Aviasalon OJSC prezantoi këtë avion unik për publikun e gjerë për herë të parë.

Teksti është kryesisht në dukje