Существуют ли какие-либо программы по созданию самолета с водородным двигателем?

Так называемая «возобновляемая энергия» в наши дни является модным словечком. Производители автомобилей начинают выпускать автомобили с водородными двигателями. Водород, возможно , в настоящее время не является самым эффективным или экономичным топливом для реактивных двигателей, но это не означает, что есть компании, работающие над этой проблемой, или даже над новым типом двигателя.

Существуют ли такие программы сегодня?

Следует отметить, что водород на самом деле вовсе не является «возобновляемым источником энергии». На самом деле, обычно это даже не источник энергии. Обычно это механизм накопления энергии для энергии, произведенной из какого-либо другого источника (обычно электросети, что означает в основном уголь). Очень похоже на батарею, только ее намного сложнее содержать, но с менее вредными отходами.
@reirab - По этой логике единственный настоящий источник энергии - это солнце. За исключением ядерных и геотермальных (оба вызваны радиоактивным распадом тяжелых элементов и, таким образом, переданы нам какой -то другой звездой) и , возможно, приливных упряжек (вызванных в первую очередь гравитационным притяжением Луны к океанам, но для этого все еще требуется жидкая вода и таким образом, источник тепла), все «источники энергии», которые у нас есть в настоящее время, мы имеем, потому что этот источник улавливает и хранит солнечную энергию (водный цикл для гидроэлектростанций, фотосинтетические реакции для большинства ископаемых видов топлива).
@KeithS Разница в том, что все это сделано природой, тогда как водород должен быть создан антропогенным путем с использованием энергии из одного из этих других источников.

Ответы (2)

Авиация очень энергоемкая. Хотя водород довольно эффективен с точки зрения энергии на массу ( 141,8 МДж/кг ), он ужасен с точки зрения энергии на объем. Сегодня самолеты используют свои крылья для хранения топлива, что помогает уменьшить изгибающие нагрузки и использует объем, неподходящий для перевозки полезной нагрузки. Это не будет работать для водорода.

Самая большая проблема — хранение , и ни одно из решений не является действительно привлекательным:

  • Криогенный: Хранение водорода при температуре, при которой он находится в жидком состоянии (ниже 20°K), значительно снижает требования к объему, но теперь вам нужно добавить изоляцию, и даже тогда энергия на единицу объема составляет лишь четверть по сравнению с углеводородами. Это используется в ракетах, потому что они могут полагаться на обширную наземную поддержку перед запуском и израсходовать материал за несколько минут. Однако авиалайнерам необходимо хранить топливо в течение десятков часов, поэтому их водородные баки будут намного тяжелее и объемнее, чем у ракет.
  • Сжатие: это позволяет избежать затрат энергии на сжижение, но теперь вам нужен прочный и тяжелый сосуд высокого давления. Текущее хранилище газообразного водорода использует давление до 700 бар, но даже в этом случае потребность в объеме в шесть раз выше, чем у керосина при том же содержании энергии.
  • Гидриды: некоторые металлы, такие как магний или натрий , могут связывать водород и выделять его при нагревании. Однако даже в самых эффективных соединениях, таких как тетрагидроалюминат натрия, только 7,4% массы составляет пригодный для использования водород, что делает его совершенно непригодным для критически важных приложений, таких как авиация.

В настоящее время сочетание криогенного и компрессионного хранения выглядит наиболее привлекательным и широко протестировано.

Первым (частично) водородным самолетом был LZ-127 Zeppelin, в котором для питания двигателей использовалась смесь газов с такой же массой на единицу объема, что и воздух ( Blaugas ).

Туполев сконструировал и пилотировал Ту-155 , первый водородный самолет тяжелее воздуха, в 1988 году. Результаты показали, что принцип работает, но не может конкурировать с керосином.

В настоящее время в эксплуатации находятся несколько демонстрационных установок , но ни одна из них не надеется на широкое применение — в нынешнем виде химическое связывание водорода с углеродом по-прежнему будет лучшим способом хранения (жидким и без давления) для авиации.

Водород становится лучшим источником энергии только тогда, когда скорость сгорания имеет решающее значение, например, в сверхзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателях ( ГПВРД ).

Таким образом, в основном это сводится к тому, что только топливо имеет лучшее соотношение энергии и массы, но система топливо + хранение топлива имеет худшее (и/или требует большего объема, что добавляет неприемлемое количество сопротивления формы)? И это не считая дополнительной сложности дизайна и, конечно же, повышенного риска того, что что-то пойдет не так.
Чтобы добавить цифры, плотность керосина составляет ~ 800 кг / м³, в то время как жидкий водород имеет только ~ 70 кг / м³ (при сжатии до 700 бар приближается к этому значению), поэтому требуется в 11,5 раз больший объем.
Имейте в виду, что сжатие и сжижение фактически одно и то же, поэтому требования к изоляции и охлаждению очень похожи, как и требования к сосуду высокого давления.
Чтобы добавить еще больше цифр: сжатый газообразный водород имеет плотность всего 40 кг/м³ при 700 бар. Сжатие его от 350 до 700 бар повышает плотность только на 67%, так как с увеличением давления он будет вести себя все меньше и меньше как идеальный газ.
Еще одна точка данных на кривой: третья ступень «Сатурн-5» использовала (жидкий) водород в качестве топлива, но к тому времени, когда он загорелся, корабль уже не был самолетом. Они надеялись использовать водород и для второй ступени, но это было бы слишком сложно и дорого, даже в таком грандиозном масштабе.

Airbus заявила, что они намерены производить пассажирские самолеты на водородном топливе, которые могут быть введены в эксплуатацию к 2035 году. Они разработали три концептуальных проекта ZEROe.

введите описание изображения здесь

введите описание изображения здесь

Раскрывая свои последние чертежи, Airbus заявил, что его турбовентиляторная конструкция может перевозить до 200 пассажиров на расстояние более 2000 миль, в то время как концепция турбовинтового двигателя будет иметь на 50% меньшую вместимость и дальность полета.

Третий самолет со «смешанным крылом» был наиболее привлекательным из трех вариантов.

Все три самолета будут оснащены газотурбинными двигателями, модифицированными для сжигания жидкого водорода, и водородными топливными элементами для выработки электроэнергии.

Однако в Airbus признали, что для того, чтобы идея сработала, аэропортам придется вкладывать большие суммы денег в инфраструктуру заправок.

«Переход на водород как основной источник энергии для этих концептуальных самолетов потребует решительных действий со стороны всей авиационной экосистемы», — сказал г-н Фори.

«Вместе с поддержкой со стороны правительства и промышленных партнеров мы можем справиться с этой задачей, чтобы увеличить масштабы использования возобновляемых источников энергии и водорода для устойчивого будущего авиационной отрасли».

Новые проекты Airbus являются плодом совместного исследовательского проекта, который Airbus запустил с EasyJet в прошлом году для рассмотрения гибридных и электрических самолетов.

Исполнительный директор авиакомпании Йохан Лундгрен сказал: «EasyJet по-прежнему полностью привержена более экологически безопасным полетам, и мы знаем, что технология — это то, в чем ответ для отрасли».

BBC News: Airbus смотрит в будущее с водородными самолетами

Существуют ли какие-либо программы по созданию самолета с водородным двигателем?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v