Я как раз читал о трехкомпонентном ракетном двигателе, который, видимо, прошел все испытания и был готов к полету еще до того, как в начале 90-х программу свернули. Двигатель РД-701 для космоплана МАКС . Он использовал керосин и жидкий кислород, прежде чем перейти на жидкий водород.
Так что я сейчас думаю о трехкомпонентных реактивных двигателях. Если бы у нас был небольшой бак с жидким водородом, который можно было бы смешать с обычным реактивным топливом или заменить его на короткое время, значительно ли это улучшило бы экономию топлива для больших коммерческих самолетов?
(Я слышал, что реактивные двигатели могут легко работать почти на всем, что горит, поэтому, по-видимому, было бы легко заставить реактивный самолет работать на водороде. Поправьте меня, если я ошибаюсь.)
Есть много типов эффективности, поэтому позвольте мне четко определить, какой из них меня интересует: Экономия топлива, выраженная в милях на пассажиро-галлон.
Давайте проигнорируем любую логистику на местах, связанную с получением и хранением водорода. Тем не менее, хранение на борту самого самолета, безусловно, следует учитывать, поскольку оно может быть очень вредным фактором, как и воспламеняемость. Я почти уверен, что нам по крайней мере понадобятся баки с двойными стенками и вакуумной изоляцией, чтобы мы могли хранить этот водород на протяжении всего полета. Они могут быть в два раза тяжелее обычных танков.
Если вы что-нибудь знаете о водороде, его химическая энергия (на массу) больше, чем у бензина... в 3 раза IIRC. Нижняя теплотворная способность составляет около 120 против 40. Итак, мы все можем спросить, почему бы просто не использовать жидкий водород во всем и что занимает так много времени? Ну, кроме криогенных соображений, он совсем не очень плотный. Нам понадобится огромный бак, может быть, даже больше, чем сам самолет, чтобы хранить необходимый водород, даже несмотря на то, что этот огромный объем водорода все равно будет весить меньше, чем необходимое реактивное топливо.
Я думаю, что идея трехкомпонентных двигателей состоит в том, чтобы позволить немного водорода с не таким уж огромным баком. Резервуар будет настолько большим, насколько мы можем разумно справиться. Поэтому мы используем немного водорода, чтобы получить бонус в экономии топлива.
PS На самом деле я не спрашиваю об этом с «зеленой» точки зрения. Водород и кислород сгорают, образуя чистую воду, что звучит так безобидно, но водяной пар на самом деле является очень мощным парниковым газом, гораздо более мощным, чем молекула CO2, особенно при выбросе на больших высотах. Я спрашиваю это исключительно с точки зрения экономии топлива.
Прежде всего: реактивные двигатели не являются "n-топливными". Ракеты двухтопливные. Это потому, что ракета должна нести горючее и окислитель, а воздушно-реактивная струя получает окислитель (плюс огромное количество реакционной массы) бесплатно из воздуха. Таким образом, реактивные двигатели несут только одно топливо (что также не делает их монотопливными). Трехкомпонентные ракеты были задуманы для решения проблем с удельным импульсом. Самый сложный и непрактичный ракетный двигатель может разгоняться до 542 секунд, в то время как средний реактивный двигатель легко работает около 3000 секунд. Таким образом, удельный импульс — это проблема, с которой реактивные самолеты никогда не сталкивались.
Самым большим преимуществом РД-701 было использование керосин-водородной смеси на малых высотах (где керосин более эффективен), а затем переход на чистый водород в космосе (где водород более эффективен). Они начали с водородного двигателя (РД-0120), а затем добавили керосин для повышения эффективности за счет уменьшения количества необходимого водорода — так что аргументация прямо противоположная. Основная проблема с вашей идеей здесь в том, что реактивные самолеты никогда не покидают керосиновую зону .
Основная проблема с жидким водородом заключается в том, что топливо легче, но баки настолько тяжелые, что это полностью сводит на нет любую экономию. С ракетами здесь легко - срок службы ракеты измеряется в минутах (сгорание космического корабля "Шаттл": 8 мин 30 с, сгорание "Союза": чуть более 10 мин 50 с). С другой стороны, самолет должен хранить водород в течение дюжины часов = еще больше веса. Не существует экономичного способа хранения криогенной жидкости в пути. Все, что вы можете сделать, это позволить некоторым из них «выкипеть». Вдвое тяжелее керосинового бака - это сильное преуменьшение ИМХО, так как в современных реактивных лайнерах баки - "мокрое крыло" - практически бесплатны (по массе). Невозможно сделать это с водородом — вам придется пожертвовать грузовым пространством для специального бака LH2.
Другая проблема заключается в том, что водород горит при более высокой температуре. У нас уже есть проблемы с тем, чтобы заставить турбину выдерживать температуру керосина, добавление водорода сделало бы конструкцию двигателя еще более сложной. С точки зрения зелени тоже не все так гладко, потому что чем выше температура горения, тем больше образуется NOx.
Здесь я должен согласиться с другими — водородных самолетов не будет, если у нас не закончатся более простые варианты. Иметь 2 вида топлива — самое сложное из всех.
From the green perspective it's not good either, because the higher combustion temperature, the more NOx created.Это может быть серьезным упрощением. Сжигание водорода не производит CO2 и угарного газа, и они имеют больший эффект на больших высотах. На этом сайте потребуется специальный вопрос, а также сложный ответ, чтобы увидеть, сколько дополнительных NOx производится и перевешивает ли это влияние сокращения выбросов углерода или нет.Да, можно уменьшить взлетную массу, заменив керосин водородом, но только выше минимального объема, при котором увеличенный вес бака не сводит на нет это преимущество. Но любой производитель, внедряющий сегодня такой самолет, сразу бы столкнулся с проблемой доступности топлива — инфраструктуры для водорода в аэропортах просто нет.
Исторически военные проложили путь к совершенствованию инфраструктуры, и с учетом дозаправки в воздухе, спутниковых технологий и исчезающей важности платформ дальнего действия (за исключением, может быть, беспилотных разведывательных служб) сегодня нет острой необходимости развертывать водородную инфраструктуру.
Обратите внимание, что проект Suntan (который стал Lockheed CL400) инвестировал в инфраструктуру жидкого водорода, которая позволила использовать криогенные ракеты в программе Apollo. Возможно, будущий военный гиперзвуковой аппарат сделает то же самое с водородом в гражданском воздушном транспорте, но я скептически отношусь к тому, что это произойдет при моей жизни.
ТомМакВ
минут
Роберт ДиДжованни