химический каталог




Введение в водородную энергетику

Автор Э.Э.Шпильрайн, С.П.Малышенко, Г.Г.Кулешов

охрупчивание многих металлов и других материалов, теряющих конструкционную прочность, требуется разработка новых материалов и элементов конструкций, устойчивых в среде жидкого водорода. Жидкий водород летуч, 17—12 249

пожаро- и взрывоопасен при утечках из баков й трубопрб-водов, в связи с чем требуется повышенная герметичность коммуникаций и система жесткого контроля и обеспечения пожаро- и взрывобезопасности на борту самолета.

При использовании жидкого водорода существенно усложняется процедура заправки, должно быть исключено попадание воздуха в систему (частицы отвердевшего воздуха засоряют топливную систему), затрудняется одновременное обслуживание самолета различными службами, увеличивается время подготовки к полету. Обратная перекачка жидкого водорода из заправленного самолета в хранилище в настоящее время малоэкономична как в связи с большими потерями, так и в связи с жесткими требованиями к чистоте, составу, температуре жидкого водорода, подаваемого в хранилище. Современная практика использования жидкого водорода характеризуется низким коэффициентом использования (не более 0,6—0,7) и большими его потерями при перекачке, захолаживании емкостей, длительном хранении.

Затраты на переоборудование крупного аэропорта на жидководородное топливо оказываются весьма велики — по оценкам компании «Локхид» для аэропорта г. Лос-Анджелеса они составили бы около 1 млрд. долл. США (в ценах 1974 г.). В связи с этим особенно важное значение приобретают разработки, направленные на совершенствование технологии транспорта, хранения и потребления жидкого водорода. Современный уровень и быстрый прогресс криогенной техники дают основания полагать, что отмеченные выше трудности могут быть эффективно преодолены уже в относительно недалеком будущем.

В 70-е годы нашего столетия в СССР и за рубежом выполнены многочисленные сравнительные проработки типовых транспортных сверхзвуковых и дозвуковых самолетов на керосине, жидком водороде, сжиженном метане и некоторых других альтернативных топливах. Во всех случаях при использовании криогенных топлив оказывается более рациональным размещение топливных баков в фюзеляже, а не в крыльях, как при использовании керосина. Таким образом достигается меньшее отношение поверхности баков к их объему, улучшаются условия теплоизоляции, уменьшаются полная масса и потери топлива. Особенно подробные исследования выполнены в США компанией «Локхид». На рис. 7.20 приведена компоновка сверхзвукового самолета на жидком водороде, а на рис. 7.21 дано сравнение размеров сверхзвуковых транс-

250

портных самолетов на керосине и водороде по разработкам этой компании [153, 155]. В обоих вариантах самолет имеет стреловидное крыло и однокилевое хвостовое оперение, четыре турбовентиляторных двигателя (в крыле), трехточечное шаоси, фюзеляж с топливными баками б носовой и хвостовой частях и пассажирским салоном (двухпалубный салон длиной 28, высотой в свету 1,9 и 2,0 м)

100 м

между ними, полезную нагрузку 22 ? (234 пассажира с багажом), дальность полета с учетом резерва 7800 км, крейсерскую скорость М=2,7, стандартные взлетно-посадочные характеристики (длина аэродрома —до 3 км) и шумность. В варианте на жидком водороде габариты составили: длина — 101,2, размах крыльев — 32,6, высота 12,2 м.

Сравнение характеристик обоих вариантов показало, что несмотря на усложнение топливной системы (увеличенный объем баков, криогенное исполнение) и ухудшение аэродинамики (увеличение лобового сопротивления, снижение аэродинамического качества) полетная масса самолета на жидком водороде составила около 50 % (172 против 340 т), а сухая масса —около 75% массы самолета на керосине и соответственно относительный расход энергии (на 1 пассажиро-километр) 70 %, стоимость серийного 17* 251

100 ы

Рис. 7.21. Сравнение размеров сверхзвуковых пассажирских самолетов на керосине (вверху) и на жидком водороде (внизу) [158]·

самолета 72% (48 против 67 млн. долл.), стоимость разработки 76 % (3,28 пртив 4,28 млрд. долл.). Кроме того, существенно больше потолок, меньше нагрузки при прохождении звукового барьера, меньше необходимая тяга, размеры и стоимость двигателей, больше их долговечность, лучше полнота сгорания и условия охлаждения. При сохранении взлетной массы самолета дальность полета для свехзвуковых самолетов возрастает в 1,6—1,7 раза, а для дозвуковых —в 2—2,1 раза [156].

В табл. 7.12 приведены сравнительные характеристики дозвуковых широкофюзеляжных пассажирских самолетов для различных видов топлива по данным [157]. Из табл. 7.12 видно, что дозвуковой широкофюзеляжный самолет на 252

Таблица 7.12. Сравнительные характеристики дозвуковых широкофюзеляжных самолетов на жидком водороде, сжиженном метане и керосине (400 пассажиров, 4 двигатели, дальность полета 10190 км, М=0,85)

Топливо Показатель н2 сн4 Керосин

Взлетная масса, кг Полный запас топлива, кг Сухая масса, кг Площадь крыла, м2 Размах крыльев, м Длина фюзеляжа, м Диаметр фюзеляжа, м Тяга одного двигателя, ? Удельный расход топлива в 168 740 25 600 , 103 300 293,7 51,8 65,7 6,63 135 000 0,0206 225 580 69 040 116 170 385,0 58,9 61,4 6,10 177 030 0,0504 232 060 84 780 107 360 370,2 58,5 60,0 5,84 185 030 0,0315

крейсерском режиме, кгХ Хч-'-Н-1 Длина разбега при взлете, м Достигаемая скорость, м-с-1 Аэродинамическое качество в 2440 71 17,4 2430 66,5 19,21 2431 65,3 19,13

крейсерском режиме

водороде имеет по многим показателям существенные преимущества перед самолетом на керосине и сжиженном метане несмотря на уменьшение аэродинамического качества. По отношению к запасу топлива на борту самолета при использовании водорода улучшаются и показатели использования энергии в расчете на 1 место-километр, затраты энергии уменьшаются на 10 % для дозвукового и на 30% для сверхзвукового самолета по сравнению с самолетом на керосине. Однако, если учесть потери водорода при хранении, транспортировке от штуцера завода-ожижителя до самолета и при заправке в баки самолета, показатели использования энергии (при современной технике и коэффициенте использования топлива для водорода 0,6—0,7) для дозвукового самолета на водороде окажутся несколько хуже, чем для самолета на керосине. Для сверхзвуковых и в особенности гиперзвуковых самолетов полная эффективность использования энергии с учетом потерь водорода может оказаться близкой к этой величине для самолетов на керосине или даже выше ее.

Выполненные в ряде работ экономические оценки использования жидководородного топлива показывают, что при стоимости (на единицу энергии) жидкого водорода на борту самолета, в 1,5—2 раза превышающей стоимость углеводородного топлива, прямые эксплуатационные расходы дозвукового широкофюзеляжного самолета при даль-

253

ности полета около 10 тыс. км на жидком водороде будут соизмеримы ic расходами такого же самолета на обычном углеводородном топливе. Для сверхзвуковых самолетов отношение стоимостей топлив почти такое же, как и для дозвуковых, и в зависимости от размещения топлива оно составляет около 1,4—2. С увеличением числа ? ситуация для использования жидкого водорода становится более благоприятной.

Стоимость жидкого водорода в пересчете на условное топливо в аэропорту в далекой перспективе, по-видимому, не может быть ниже 120—150 руб-т-1, а в ближайшие 15—20 лет вряд ли будет ниже 200 руб-т-!, поэтому стоимость водорода, используемого на борту самолета, даже при -Кисп~0,7 в близком будущем составит (в пересчете на условное топливо) не менее 285—300 руб-т-1, а в отдаленной перспективе может снизиться до 170—220 руб-т-1. В этом случае прямые эксплуатационные расходы для самолетов различных типов на керосине и водороде будут близки при стоимости керосина (в пересчете на условное топливо) выше 200 руб-т-!, а для перспективных оценок — выше 140 рубт-!. Эти оценки показывают, что прямые эксплуатационные затраты при использовании водорода в авиации могут стать экономически приемлемыми уже в близкой перспективе. Широкое использование водорода в авиации взамен керосина будет оправдано, когда прямые эксплуатационные затраты при перевозках на самолете, использующем жидкий водород, будут соизмеримы с затратами при перевозках на керосиновом топливе и когда будет обеспечена окупаемость капиталовложений в наземный комплекс, аэропортов для переоборудования их под заправку жидководородным топливом и в разработки и создание самолетов на этом топливе.

Большинство зарубежных источников частичный переход гражданской авиации на жидководородное топливо прогнозируется на 1995—2010 гг. и связывается с появлением к этому времени самолетов, работающих на водородном топливе.

Объем потребления жидкого водорода гражданской авиацией нашей страны на рубеже 2000—2010 гг. будет, по-видимому, невелик по сравнению с общим производством водорода. Тем не менее это может потребовать существенного увеличения производства водорода (в несколько раз по сравнению с современным уровнем). Можно ожидать и большего потребления жидкого водорода за счет дальних международных перевозок, если, конечно, 254

работы по Созданию Водородных Самолетов будут широко развиваться не только в СССР и США, но и в других странах.

Последние достижения в разработке самолетов, использующих жидкий водород в качестве топлива, исследование вопросов безопасности при применении водорода в авиации, достижения криогенной техники и другие разработки в этом направлении показывают, что использование водорода в авиации открывает возможность создания новых типов летательных аппаратов, обеспечивающих существенный рост авиаперевозок при минимальном вредном воздействии на окружающую среду и обеспечении необходимых требований безопасности. В настоящее время в ряде стран реализуются широкие программы исследований и разработок, направленных на создание новых самолетов различных типов, использующих жидкий водород в качестве основного или дополнительного топлива. Широкое использование жидкого водорода в качестве топлива в авиации может начаться раньше, чем в других отраслях транспорта, также и в связи с тем, что именно а

страница 50
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53

Скачать книгу "Введение в водородную энергетику" (2.73Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
utomo rattan
ангельские глазки kia sportage
канальный фильтр для вентиляции купить
дворцовые ручки латунь купить

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(09.12.2016)