Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
В 2008 году Boeing Fuel Cell Demonstrator совершил полет по прямой в пилотируемом режиме с водородным топливным элементом . [1]

Самолет водорода представляет собой самолет , который использует водородное топливо в качестве источника питания. Водород можно сжигать в реактивном двигателе или другом типе двигателя внутреннего сгорания , или его можно использовать для питания топливного элемента, чтобы вырабатывать электричество для привода воздушного винта .

В отличие от большинства самолетов, в которых для хранения топлива используются крылья, водородные самолеты обычно проектируются с водородными топливными баками, размещенными внутри фюзеляжа.

Согласно исследованию, проведенному в Университете штата Пенсильвания в 2006 году, большие коммерческие водородные самолеты могут быть построены к 2020 году, но «вероятно, не будут введены в эксплуатацию ближе к 2040 году». [2] В ближайшем будущем возрос интерес к использованию самолетов на топливных элементах в качестве личных летательных аппаратов .

В исследовательском проекте Европейского Союза в сотрудничестве с Airbus и 34 другими компаниями-партнерами, получившими название CRYOPLANE, была проведена оценка технической осуществимости, безопасности, экологической совместимости и экономической целесообразности использования жидкого водорода в качестве авиационного топлива. Это было завершено в 2002 году (окончательный отчет был опубликован в 2003 году). [3]

Свойства водорода [ править ]

Плотность энергии топлива - горизонтальная на массу, вертикальная на объем

Водород имеет энергию специфическое , что в 3 раза выше , чем у традиционного топлива для реактивных двигателей , но более низкую плотность энергии . В самолетах используются баки из углеродного волокна , выдерживающие давление до 700 бар. Также используется криогенный жидкий водород .

Если водород доступен в количестве из низкоуглеродных источников энергии, таких как ветер или ядерная энергия, его использование в самолетах будет производить меньше парниковых газов (водяной пар и небольшое количество оксида азота), чем нынешние самолеты. В настоящее время очень мало водорода производится с использованием низкоуглеродных источников энергии, и есть несколько серьезных препятствий для использования водорода в самолетах и ​​других транспортных средствах. [4] Из-за способа его производства и относительной неэффективности его производства с учетом современных технологий водород дороже ископаемого топлива.

Жидкий водород является одним из лучших охлаждающих жидкостей, используемых в технике, и было предложено использовать это свойство для охлаждения всасываемого воздуха для очень высокоскоростных самолетов (см. Предварительно охлажденный реактивный двигатель ) или даже для охлаждения самой обшивки самолета, особенно для ГПВРД. приведенный в действие самолет. [5]

Соображения по дизайну [ править ]

Объем жидкого водорода примерно в четыре раза больше, чем у реактивного топлива на основе керосина . Кроме того, его очень летучая природа не позволяет хранить топливо в крыльях, как в случае с обычными транспортными самолетами. [ необходима цитата ]Поэтому в большинстве конструкций самолетов на жидком водороде топливо хранится в фюзеляже, что приводит к увеличению длины и диаметра фюзеляжа по сравнению с обычными самолетами, работающими на керосине. Это снижает летно-технические характеристики из-за дополнительной смоченной поверхности фюзеляжа. Больший размер фюзеляжа вызывает большее сопротивление поверхностного трения и волнового сопротивления. С другой стороны, водород составляет около одной трети веса керосинового реактивного топлива при том же количестве энергии. Это означает, что при той же дальности и характеристиках (без учета эффекта объема) водородный самолет будет иметь около одной трети веса топлива. Для Боинга 747-400типа самолета, это снизило бы взлетную полную массу с 360 000 до 270 000 кг (от 800 000 до 600 000 фунтов). Таким образом, летные характеристики самолета, работающего на водородном топливе, являются компромиссом между большей площадью увлажненной поверхности и меньшим весом топлива. Этот компромисс существенно зависит от размера самолета.

История [ править ]

Прототип Ту-155 с водородным двигателем совершил первый полет 15 апреля 1988 года.

В феврале 1957 года Мартин B-57 B NACA летал на водороде в течение 20 минут для одного из двух двигателей Wright J65, а не на реактивном топливе. [6] 15 апреля 1988 года Ту-155 впервые поднялся в воздух как первый экспериментальный самолет с водородным двигателем [7] , адаптированный авиалайнер Ту-154 .

Боинг переделал 2-местный Diamond DA20 для работы на топливных элементах . [8] Это первый полет 3 апреля 2008. [9] Антарес DLR-H2 , представляет собой водород , с питанием от самолета Ланге авиации и немецкого аэрокосмического центра . [10] В июле 2010 года компания Boeing представила свой беспилотный летательный аппарат Phantom Eye с водородным двигателем , в котором используются два переделанных поршневых двигателя Ford Motor Company . [11]

В 2010 году Rapid 200FC завершил шесть летных испытаний на газообразном водороде . Самолет и электрическая и энергетическая система была разработана в рамках Европейского Союза «с ENFICA-FC проекта координируется Политехнического ди Торино . [12] Газообразный водород хранится под давлением 350 бар, питая топливный элемент мощностью 20 кВт (27 л.с.), приводящий в действие электродвигатель мощностью 40 кВт (54 л.с.) и литий-полимерный аккумулятор мощностью 20 кВт (27 л.с.) .

11 января 2011 года беспилотный самолет AeroVironment Global Observer совершил свой первый полет с двигательной установкой, работающей на водороде. [13]

HY4 с водородным топливным элементом

Четырехместный автомобиль DLR HY4, разработанный немецким институтом инженерной термодинамики DLR, был оснащен водородным топливным элементом, его первый полет состоялся 29 сентября 2016 года. [14] Он имеет возможность хранить 9 кг (20 фунтов) водород, 4 топливных элемента по 11 кВт и 2 аккумулятора по 10 кВтч. [15] [ нужен лучший источник ]

Предлагаемый самолет [ править ]

Исторический [ править ]

  • Lockheed CL-400 Suntan - концептуальный самолет на жидком водороде 1950 года, от которого отказались в пользу SR-71.
  • Жидкий водород был предложен для использования на ГПВРД -А National Aerospace Plane .
  • Глобальный наблюдатель AeroVironment

Текущий [ править ]

  • Реакционные двигатели Орбитальный реактивный самолет Skylon на водородном топливе
  • Реактивный антиподальный гиперзвуковой реактивный авиалайнер Reaction Engines A2
  • DLR Smartfish
  • Боинг Призрачный Глаз
  • Гринлайнер (TU Delft) [16]
  • Крио-В [17]
  • ZeroAvia HyFlyer (топливный элемент) [18]

В сентябре 2020 года Airbus объявил о планах по созданию трех различных концепций, работающих на водороде, известных под общим названием ZEROe, с целью разработки самолетов с нулевым уровнем выбросов, которые могут поступить в коммерческую эксплуатацию к 2035 году. [19] В самолетах используется водородное топливо внутреннего сгорания (газ турбина), а не водородные топливные элементы. [20]

См. Также [ править ]

  • Электрический самолет
  • Новые виды авиационного топлива
  • Hyfish

Ссылки [ править ]

  1. ^ Робертсон, Дэвид (2008-04-03). «Боинг испытывает первый самолет с водородным двигателем» . The Times . Лондон.
  2. ^ Maniaci, Дэвид С. «Operational Performance Прогнозирование водородных коммерческого транспорта» 2006 Симпозиум бумаги архивации 2006-09-05 в Wayback Machine
  3. ^ Airbus Deutschland "Самолеты на жидком водороде - окончательный технический отчет CRYOPLANE" 2003 г.
  4. ^ "Водородный самолет" . H2 Транспортные средства . Архивировано из оригинала на 2012-06-18 . Проверено 6 мая 2016 .
  5. ^ Сегал, Корин (2010). Процессы и характеристики ГПВРД . Издательство Кембриджского университета. п. 4. DOI : 10.1017 / CBO9780511627019 . ISBN 9780511627019.
  6. ↑ Гай Норрис (1 октября 2020 г.). "Станут ли инверсионные следы ахиллесовой пятой водородного топлива?" . Авиационная неделя .
  7. ^ Дитер Шольц, Гамбургский университет прикладных наук (19 ноября 2020 г.). «Дизайн водородных пассажирских самолетов» (PDF) .
  8. ^ "Боинг готовит самолет-демонстратор топливных элементов к наземным и летным испытаниям" (пресс-релиз). Боинг. 27 марта 2007 г.
  9. ^ "Боинг запускает первый самолет на топливных элементах" (пресс-релиз). Боинг. 3 апреля 2008 г.
  10. ^ "Моторный планер DLR Antares взлетает в Гамбурге - работает на топливном элементе" (PDF) (пресс-релиз). DLR. 7 июля 2009 г.
  11. ↑ «Боинг представляет беспилотный демонстратор Phantom Eye» (пресс-релиз). Боинг. 12 июля 2010 г.
  12. ^ "ENFICA-FC" .
  13. ^ "Global Observer, Беспилотная летательная система AeroVironment Extreme Endurance, совершает исторический первый полет на водороде" (пресс-релиз). AeroVironment. 11 января 2011 г.
  14. ^ "Самолет на топливных элементах HY4 совершает первый полет" . Инженер . 30 сентября 2016 г.
  15. ^ "Vil ha kortdistanse flytrafikk over på водород" (на норвежском языке). Текниск Укеблад . 21 июня 2017.
  16. ^ " " Greenliner ", Green Flying Final Report DSE Group 8" . Researhgate . Проверено 31 июля 2020 года .
  17. ^ Крио-V Заключительный отчет DSE , 30 июня 2020
  18. ^ ZeroAvia проводит первый в Великобритании электрический полет коммерческого масштаба , 23 июня 2020 г.
  19. ^ «Airbus представляет новый концептуальный самолет с нулевым уровнем выбросов» (пресс-релиз). Airbus. 21 сентября 2020.
  20. ^ Tidey, Алиса (21 сентября 2020). «Airbus представляет концепцию самолетов с нулевым уровнем выбросов, работающих на водороде» . Евроньюс .

Внешние ссылки [ править ]

  • Бьорн Ферм (7 февраля 2020 г.). «Уголок Бьорна: Почему e в ePlane должно означать среду, Часть 8» . Leeham News .
  • Дэн Тисделл (9 июля 2020 г.). «Забудьте о батареях, водород - это святой Грааль для безуглеродной коммерческой авиации?» . Flightglobal .