В последние годы из-за резкого падения добычи нефти народное хозяйство Российской Федерации испытывает дефицит в жидком моторном топливе. Такой спад в производстве объясняется тем, что нефтедобыча ведется в более сложных горно-геологических и географических условиях, снижается качество открываемых нефтяных месторождений, а также моральным и физическим износом используемого оборудования.

Ресурсы же газа в России достаточно велики. По некоторым оценкам, потенциальные запасы природного газа составляют более 40 % от мировых. В нефтедобывающих регионах в избытке имеется нефтяной газ (ежегодно только в факелах его сжигают от 13 до 16 млрд. куб. м). Поэтому вполне можно говорить о том, что альтернативой жидкому топливу на авиационном транспорте может стать газовое. По чистоте продуктов сгорания оно занимает одно из первых мест: выброс окислов азота и углерода при работе двигателя на природном газе в два раза меньше, чем на жидком топливе. Оно дешевле, чем керосин.

В авиационных НИИ и ОКБ создаются опытные образцы летательных аппаратов на газовом топливе. В частности, в 1987 г. по предложению ЦАГИ и ЦИАМ на МВЗ им. М.Л.Миля построен и прошел стендовые и летные испытания экспериментальный вертолет Ми-8ТГ, у которого один двигатель работает на техническом бутане. В 1988 г. специалисты АНТК им. А.Н.Туполева предложили конструкцию самолета Ту-155, двигатель которого функционирует как на водороде, так и на метане.

Следует, однако, отметить, что рассматриваемые в качестве альтернативного топлива для авиации углеводородные (нефтяные и природные) газы, а также водород значительно отличаются друг от друга по своим теплотехническим характеристикам. Энергетически наиболее эффективен водород. Его теплота сгорания почти в 3 раза выше, чем у керосина. В результате за счет экономии объема топлива на 25–30 % снижается взлетная масса самолета, уменьшается (в 3 раза) расход горючего. Однако этот газ имеет очень низкую плотность, близкую к абсолютному нулю температуру кипения (-253 °C) и малую температуру нахождения в жидкой фазе (-6 °C). Поэтому возникают проблемы, связанные с его хранением и подачей, решение которых требует сложных технических мероприятий и больших дополнительных финансовых затрат. Теплота сгорания метана на 14 % выше, чем у керосина. Однако его плотность ниже в 1,7–1,8 раза, и, чтобы обеспечить летательному аппарату такую же энергоемкость, как при использовании керосина, потребуются топливные баки в 1,5–1,6 раза больше. Кроме того, низкая криогенная температура кипения метана (-162 °C) и небольшой температурный диапазон его нахождения в жидкой фазе (20 °C) вызывают необходимость применения при изготовлении топливных баков и их арматуры новых хладостойких конструкционных, уплотнительных материалов и высококачественной низкотемпературной теплоизоляции.

Вариант расположения газовых баллонов на вертолете.

Наиболее приемлемого условиям хранения на борту) для использования в авиации так называемое авиационное сконденсированное топливо — АСКТ, Оно представляет собой смесь. пропана, бутана, пентана и гексана. Его получают из нефтяного природного и нефтезаводского газов. Плотность горючего составляет около 600 кг/м 3, теплотворная способность на 5–7% выше, чем у керосина. АСКТ можно производить на любом газо- и нефтеперерабатывающем заводе, а также в местах 'осушки” природного газа. Кроме того, с помощью малогабаритных блочных установок его можно вырабатывать как на нефтяных месторождениях, так и в любой точке трассы, по которой транспортируется жидкий нефтяной газ. АСКТ производится по безотходной технологии, предложенной специалистами ВНИПИгазпереработка, из легких углеводородов, являющихся продуктом газоперерабатывающих заводов. При этом технологический процесс протекает по двум направлениям: получение авиационного топлива и автомобильного (пропан-бутановой смеси). Это дополнительно удешевляет газовое авиатопливо и делает его производство экологически чистым.

При использовании АСКТ двигатель летательного аппарата может функционировать как на керосине, так и на газе. Для этого применяют уникальную схему топливной системы, позволяющую свести к минимуму переделку серийно выпускаемых авиационных двигателей, разработанную специалистами НПП 'Завод им. В.Я.Климова' и Пермского агрегатного конструкторского бюро. Проведенные стендовые и эксплуатационные испытания показали, что конструкция системы обеспечивает надежный (с первой попытки) пуск двигателя как в холодном, так и в горячем состоянии. На всех этапах полета обеспечиваются устойчивый режим работы, хорошая приемистость и минимальный удельный расход топлива. Автоматическая система управления топливной аппаратурой позволяет переключать двигатель* для работы с газа на керосин и наоборот в любом режиме. При этом газ сгорает полностью, не оставляя нагара на стенках камеры сгорания, лопатках турбины и поверхности выхлопной трубы. АСКТ имеет достаточно высокую температуру кипения (-20 °C), поэтому его можно хранить в охлажденном виде в теплоизолированном баке летательного аппарата или в неизолированном при давлении 5 кгс/см 2 и температуре +50 °C.

Энергетические показатели топлив: 1 — водорода; 2 — метана; 3 — пропана; 4 — Н- бутана; 5 — керосина; 6 — этана; 7 — метанола.

В принципе баки с газом на самолете могут размещаться под (над) крылом или внутри его, а также над фюзеляжем или внутри его. Однако при их установке над крылом существенно снижаются крейсерские и аэродинамические качества летательного аппарата. Исследования показали, что содержать метан или водород в крыльевых баках — кессонах неприемлемо из-за ограничения максимального избыточного давления паров топлива и, кроме того, из-за конструктивно-технологических трудностей а выполнении теплоизоляции баков. Наиболее выгодно (если это позволяет общая компоновка самолета) размещать топливные баки под крылом или над фюзеляжем. В этом случае требуются минимальные изменения в конструкции машины. Внутри фюзеляжа баки целесообразно располагать на вновь проектируемых летательных аппаратах.

Технико-экономические характеристики самолета могут быть также повышены за счет использования хладоресурса сжиженных газов для ламинаризации пограничного слоя и улучшения характеристики бортовых систем кондиционирования. Последнее особенно эффективно для летательных аппаратов, оснащенных большим количеством тепловыделяющей аппаратуры, и гиперзвуковых самолетов.

Следует отметить, что, как показали расчеты, более выгодно применять новые топлива на вертолетах. Поскольку они летают на более низких скоростях, то увеличение аэродинамического сопротивления из-за размещения баков с сжиженным газом меньше влияет на энергетику летательного аппарата. В настоящее время на МВЗ им. М.Л.Миля заканчивается доработка одного из трех серийных вертолетов, двигатели которых будут функционировать на АСКТ и авиакеросине. Эти машины пройдут испытания в реальных условиях эксплуатации на базе Нижневартовского авиаотряда.

Задачи, решаемые при переводе авиационной техники на АСКТ.

Характеристики самолетов при эксплуатации на различных видах топлива (1 — керосине. 2 — метане, 3 — пропане, 4 — водороде): В — расход топлива; в — взлетная масса; 7 — аэродинамическое качество.

В.ДЕНИСОВ, заместитель начальника отделения ЦАГИ;

В.ЗАЙЦЕВ, генеральный директор а/о Интеравиагаз;