Вкратце. Летающий слоник на водороде и метане
Данный материал выкладывается на сайт из жж коллеги youroker-а.
Нефтяной кризис 1973 года стал настоящим ударом для авиаперевозчиков, а через них и для всей авиационной отрасли. Несмотря на сохранение тенденции на увеличение спроса как на пассажирские перелёты, так и на транспортировку коммерческих грузов по воздуху, резкое повышение цены на топливо полностью аннулировало этот рост. Авиакомпании просто не могли увеличивать количество рейсов без серьёзного повышения цен, что отпугнуло бы потребителя и привело бы к резкому снижению спроса. Невозможно было и сохранять текущие показатели, так как даже для этого цены надо было поднимать в разы. Единственным выходом для авиакомпаний стало снижение количества рейсов, чтобы компенсировать постепенное повышение цен за счёт создания искусственного дефицита. Разумеется, такая ситуация не устраивала правительство США, потому кроме создания программ по дотированию авиаперевозчиков немалые средства были направлены на разработку экономичных пассажирских лайнеров, в том числе и с использованием новых видов топлива.
Возможное решение было известно уже достаточно давно – проекты использования в качестве топлива для авиационных двигателей водорода или метана существовали задолго до 1973 года, но серьёзного внимания им не уделяли из-за малой цены на обычный авиационный керосин. Теперь же это решение наконец стало экономически востребовано. С весны 1973 были начаты работы по созданию водородных и метановых двигателей в исследовательском центре Ленгли, а в LTV Aerospace и Lockheed Aircraft Corporation приступили к проектированию самолётов под эти силовые установки. Для упрощения и удешевления перехода промышленности было решено для начала использовать отработанную конструкцию и лишь потом создавать полностью новый проект лайнера. Основной проблемой при конструировании стало размещение топливных баков – для сохранения обычной дальности полёта водород требовал объёма вчетверо больше, чем для керосина, метан – вдвое больше, кроме того сами баки имели сложную конструкцию для сохранения и метана и водорода в жидком состоянии. В качестве основы для проекта был выбран Boeing 747-100, размеры которого значительно упрощали задачу по размещению топливных баков. Главной целью разработчиков было сохранение всех характеристик обычного 747-100, в том числе и количества перевозимых пассажиров. К 1974 году фирмой LTV Aerospace было исследовано несколько вариантов переоборудования лайнера.
1. Баки с водородом над пассажирским отсеком.
Подобное размещение баков было признано наиболее актуальным по соображениям аэродинамики и развесовки самолёта. Способствовала этому и изначальная конструкция 747-ого, благоволящая размещению второй палубы, которая в этом варианте просто заменялась баками. Поскольку хоть водород и занимал больший объём, но весил меньше, чем обычный запас керосина, удалось самолёт даже увеличить, сохранив прежний вес и разместить уже 380 пассажиров в двух классах против 366 у обычного Боинга. Конечно, существовали и минусы у этого решения. Так, указывалось, что при возгорании баков (а при горючести водорода отрицать эту возможность было нельзя) шансы на спасение у пассажиров в салоне минимальные. Кроме того, этот проект требовал серьёзной переделки конструкции самолёта и потому стоил больше любого другого исследованного варианта.
2. Баки с водородом над крылом.
Общий малый вес баков с водородом позволил разместить их во внешних гондолах на крыле, что просто немыслимо для обычного топлива. Такое решение серьёзно ухудшало аэродинамику самолёта, но за счёт снижения его веса с полной нагрузкой удалось сохранить скорость и другие характеристики обычного 747-100. Чтобы не потерять должную подъёмную силу крыла, две двигательные гондолы были перенесены в заднюю часть самолёта, что в свою очередь вынудило заменить хвостовое оперение на Т-образное. Других изменений в конструкцию самолёта не вносилось. Основным плюсом этого проекта была его стоимость и простота переделки уже существующих самолётов. В свою очередь большое расстояние от баков до пассажирского салона гарантировало должный уровень безопасности. В качестве минусов отмечалось, что баки закрывают вид из иллюминаторов почти всему салону, кроме того были необходимы многочисленные дополнительные исследования аэродинамики этого варианта, в том числе и на реальных самолётах.
3. Баки с водородом под крылом.
В целом данный вариант сохраняет плюсы и минусы предыдущего, хотя добавляется больший шанс при сложной посадке повредить один из баков, что с лёгкостью может вызвать возгорание. Дополнительный же плюс данного проекта в том, что размещение под крылом даже таких больших гондол уже частично исследовано, а значит, потребуется меньше предварительных испытаний, что в свою очередь удешевит проект.
4. Баки с метаном под пассажирским салоном.
Благодаря тому, что баки с метаном занимают куда меньше объёма, чем баки с водородом (хотя всё равно больший, чем обычный керосин), их можно разместить в 747-100 без радикальных изменений в конструкции и даже без уменьшения пассажирского салона. Для этого предлагалось "пожертвовать" багажным отсеком, где и будут находиться емкости с топливом. Багаж же предлагалось расположить в освободившемся месте в крыле. Из всех рассмотренных проектов именно этот вариант был наиболее простым и дешевым, но при этом и он был не лишён минусов. Так, указывалось, что расположение баков снизу делает возможным их повреждение при сложной посадке, а вероятный при этом пожар, как и в первом водородном варианте, не оставит пассажирам шанса на спасение.
5. Баки с метаном над пассажирским салоном.
В целом все минусы и плюсы варианта с водородом над пассажирским салоном перекочевали и сюда. Но из-за меньшего объёма метана конструкция самолёта подверглась минимальным изменениям, так что даже удалось сохранить обычную для 747-100 вторую малую пассажирскую палубу. За счёт меньшего веса, чем у обычного 747-100, и минимальных изменений в аэродинамике самолёта скорость этого варианта увеличилась до 0,9 Мах.
6. Баки с метаном под крылом.
Практически во всех аспектах этот проект повторяет вариант с водородными баками под крылом. Единственное отличие в том, что гондолы имеют лучшую аэродинамическую форму, а благодаря меньшему объёму их конструкцию удалось серьёзно усилить для предотвращения разрушения баков при аварийной посадке.
После дополнительных исследований в NASA для дальнейшей работы был выбран вариант с баками над крылом для водорода и вариант с баками над пассажирским салоном для метана. По планам первые испытания должны были начаться уже в 1975 году, но стабилизация на нефтяном рынке сделала ситуацию с авиаперевозками менее критичной. Потому правительство США, в свете того, что бюджет государства также понёс сильные потери в результате кризиса, приняло решение не продолжать финансирование исследований новых видов топлива. Поскольку частные перевозчики также не имели свободных средств, работы над проектом вскоре были прекращены.
Источники:
A STUDY OF SUBSONIC TRANSPORT AIRCRAFT CONFIGURATIONS USING HYDROGEN (H2) AND METHANE (CH4) AS FUEL
