WikiDer > Самолет на водороде

Hydrogen-powered aircraft
В 2008 году Boeing Fuel Cell Demonstrator совершил полет по прямой в пилотируемом полете на водороде. топливная ячейка.[1]

А водородный самолет является самолет который использует водородное топливо как источник питания. Водород можно либо сжечь в реактивный двигатель, или другой вид двигатель внутреннего сгорания, или может использоваться для питания топливная ячейка для выработки электроэнергии для питания пропеллер.

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

Согласно исследованиям Государственный университет Пенсильвании 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 интерес к использованию топливная ячейка самолет как личный воздушный транспорт.

В Евросоюзисследовательский проект в сотрудничестве с Airbus и 34 другие партнерские компании дублировали КРИОПЛАН оценили техническую осуществимость, безопасность, экологичность и экономическую целесообразность использования жидкого водорода в качестве авиационного топлива. Это было завершено в 2002 году (окончательный отчет был опубликован в 2003 году).[3]

Свойства водорода

Плотность энергии топлива - горизонтальная на массу, вертикальная на объем

Водород имеет плотность энергии на единицу массы, что в 3 раза больше, чем у традиционных реактивное топливо, но более низкий плотность энергии на единицу объем. В самолете углеродное волокно используются баллоны, выдерживающие давление до 700 бар. Криогенный жидкий водород также используется.

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 в современных самолетах. 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 современной технологии водород дороже ископаемого топлива.

Жидкий водород - один из лучших хладагентов, используемых в технике, и было предложено использовать это свойство для охлаждения всасываемого воздуха для очень быстроходных самолетов (см. реактивный двигатель с предварительным охлаждением), или даже для охлаждения самой обшивки самолета, особенно для самолетов с ГПВП.[5]

Соображения по дизайну

Жидкий водород имеет примерно в четыре раза больше объема для того же количества энергии керосин на основе реактивного топлива. Кроме того, его очень летучая природа не позволяет хранить топливо в крыльях, как у обычных транспортных самолетов.[нужна цитата] Поэтому в большинстве конструкций самолетов на жидком водороде топливо хранится в фюзеляже, что приводит к большей длине и диаметру фюзеляжа, чем у обычных самолетов, работающих 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 Боинг 747-400 типа самолета, это уменьшит взлетную полную массу с 360 000 до 270 000 кг (от 800 000 до 600 000 фунтов). Таким образом, характеристики самолета, работающего на водородном топливе, являются компромиссом между большей площадью увлажненной поверхности и меньшим весом топлива. Этот компромисс существенно зависит от размера самолета.

Прототипы

В русский производитель Туполев построил прототип водородной версии Ту-154 авиалайнер, названный Ту-155, совершивший первый полет в 1989 году.[6] Это был первый в мире экспериментальный самолет, работающий на жидком водороде.

HY4 - первый в мире пассажирский самолет на водородном топливном элементе.

Боинг Research & Technology Europe (BR&TE) изготовила гражданский самолет из двухместного Diamond Aircraft Industries DA20 работает на топливном элементе (так называемый Theator Airplane).[7][8] Lange Aviation GmbH Немецкий аэрокосмический центр также создал самолет с водородным двигателем со своим самолетом Antares DLR-H2.[9] Эти самолеты, конечно, сконфигурированы таким образом, что текущая низкоэнергетическая отдача от водородной тяги (в результате использования водородных баков низкого давления) не представляет проблемы. Например, самолету Boeing Theator требовалось всего 45 кВт для взлета и 20 кВт для того, чтобы оставаться в воздухе. В июле 2010 года Boeing также представила свой водородный двигатель. Призрачный Глаз БПЛА, который использует два Ford Motor Company двигатели внутреннего сгорания, переоборудованные для работы на водороде.[10]

В 2010 году Rapid 200-FC, первый самолет в Европе и мире, работающий на газообразном водороде, успешно завершил шесть летных испытаний. В соответствии с FAI Согласно Спортивному кодексу, самолет относится к классу C, а моторные планеры (такие как проекты Boeing R&T Diamond DA20 и Antares DLR-H2) - к классу D. Самолет и электрическая и энергетическая система были разработаны в рамках Евросоюзпроект "ENFICA-FC" (экологически чистый межгородский самолет с топливными элементами), координируемый профессором Джулио Ромео из Туринский политехнический университет.[11][12] Полностью электрическая система питания успешно прошла испытания в экспериментальном полете. Скорость вращения 84 км / ч была достигнута на расстоянии 184 м от руления при мощности 35 кВт. После взлета скорость была увеличена до обозначенных значений 110–120 км / ч. Горизонтальный полет на высоте 700 футов и 130 км / ч был достигнут только с помощью настройки мощности топливных элементов. Был установлен новый рекорд скорости в 135 км / ч (4 последовательных полета на дистанции 3 км - согласно Спортивному кодексу FAI, самолеты класса C). Также во время свободных полетов было измерено несколько более высоких скоростей - 145–150 км / ч за десятки секунд. Продолжительность полетов составила 45 минут. Самолет имеет полностью электрический пропеллер мощностью 40 кВт; Мощность подводится к воздушному винту через топливные элементы мощностью 20 кВт, работающие на газообразном водороде при давлении 350 бар. Чтобы гарантировать абсолютную безопасность полетов, самолет также имеет второй источник энергии, который состоит из литий-полимерных батарей мощностью 20 кВт, которые могут гарантировать альтернативную или дополнительную мощность во время взлета.

В 2011 году самолет AeroVironment Global Observer был оснащен двигательной установкой, работающей на водороде.[13][требуется разъяснение]

HY4 стал первым в мире пассажирским самолетом с двигателем на водородном топливном элементе. Его первый полет состоялся в Штутгарт аэропорт, Германия, 29 сентября 2016 г.[14] Он имеет возможность хранить 9 кг водорода, 4 топливных элемента по 11 кВт и 2 батареи по 10 кВтч.[15]

Предлагаемый самолет

Исторический

Текущий

В сентябре 2020 года Airbus объявил о планах по созданию трех различных концепций на водородном топливе, известных под общим названием ZEROe, с целью разработки самолетов с нулевым уровнем выбросов, которые могут поступить в коммерческую эксплуатацию к 2035 году.[19] Самолет работает на водородном двигателе внутреннего сгорания (газовая турбина), а не на водородных топливных элементах.[20]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Робертсон, Дэвид (2008-04-03). «Боинг испытывает первый самолет с водородным двигателем». Времена. Лондон.
  2. ^ Maniaci, David C. "Прогнозирование эксплуатационных характеристик коммерческого транспорта, работающего на водороде", доклад симпозиума 2006 г. В архиве 2006-09-05 на Wayback Machine
  3. ^ Airbus Deutschland "Самолеты на жидком водороде - окончательный технический отчет CRYOPLANE" 2003 г.
  4. ^ «Водородный самолет». H2 Транспортные средства. Архивировано из оригинал на 2012-06-18. Получено 2016-05-06.
  5. ^ Сегал, Корин (2010). Процессы и характеристики ГПВРД. Издательство Кембриджского университета. п. 4. Дои:10.1017 / CBO9780511627019. ISBN 9780511627019.
  6. ^ Туполев.ру В архиве 2010-11-26 на Wayback Machine
  7. ^ Самолет Boeing на топливных элементах артикул 1 В архиве 2009-07-27 на Wayback Machine
  8. ^ Самолет Boeing на топливных элементах артикул 2
  9. ^ Lange Aviation Antares DLR-H2 В архиве 2009-07-23 на Wayback Machine
  10. ^ "Боинг" Phantom Eye "Ford Fusion с двигателем" стратограф ". Реестр. 2010-07-13. Получено 2016-10-19.
  11. ^ Рапид 200-FC
  12. ^ Rapid 200-FC от ENFICA-FC
  13. ^ Global Observer переведен на водород
  14. ^ «Самолет на топливных элементах HY4 совершил первый полет». Инженер. 2016-09-30. Получено 2016-10-19.
  15. ^ «Вы можете летать через водород». Текниск Укеблад. 21 июня 2017 г.. Получено 21 июн 2017.
  16. ^ ""Greenliner ", Заключительный отчет Green Flying DSE Group 8". Исследование. Получено 31 июля 2020.
  17. ^ Окончательный отчет по DSE Cryo-V, 30 июня 2020 г.
  18. ^ ZeroAvia совершила 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. ^ Тайди, Алиса (21 сентября 2020 г.). «Airbus представляет концепцию самолетов с нулевым уровнем выбросов, работающих на водороде». Евроньюс.

внешняя ссылка