Роль эффективных систем водородных баков в революционном преобразовании устойчивой авиации

Для минимизации притока тепла через резервуары с водородом необходимы специальные материалы, более толстые стенки и надлежащая изоляция.

Недавно компания Simple Flying подчеркнула важность водорода как альтернативы реактивному топливу в коммерческих самолетах. Компания Simple Flying также исследовала проблемы, связанные с хранением и использованием водорода в качестве источника энергии. Хотя трудно определить, перевешивают ли преимущества водорода проблемы, технические исследования продолжаются, чтобы найти уникальные решения для хранения водорода.

Водородное топливо может быть идеальным кандидатом для ближне- и среднемагистральных самолетов из-за его большей плотности энергии (в три раза), чем у реактивного топлива. Водород не выделяет углекислый газ и оксид азота при производстве из возобновляемых источников энергии.

Обычные газотурбинные двигатели можно модифицировать для использования жидкого водорода (LH2) в качестве топлива для сгорания. Воздух под давлением из компрессора высокого давления можно смешать с распыленным жидким водородом перед воспламенением в камере сгорания.

Одной из наиболее серьезных проблем LH2 является его объемная плотность. Водород значительно легче топлива для реактивных двигателей и требует в четыре раза большего объема хранения на самолете, чем топливо для реактивных двигателей. Бортовое хранение жидкого водорода стало проблемой для производителей самолетов.

Криогенные баллоны необходимы для хранения LH2, сохраняя при этом минимальный объем. Криогенные резервуары хранят водород при температуре глубокой заморозки (приблизительно -420 градусов F/-250 градусов C).

Требуемый вес водорода может составлять лишь около трети реактивного топлива, но необходимость в гораздо большем объеме увеличивает конструктивный вес самолета. В результате необходима эффективная система резервуаров для хранения водорода для обеспечения устойчивости использования водорода в авиации. Примечательно, что в отличие от реактивного топлива водородные баллоны могут иметь слишком большой диаметр, чтобы поместиться в крылья самолета.

Более того, благодаря хранению реактивного топлива в крыльевых баках центр тяжести самолета эффективно управляется на протяжении всего полета. Центр тяжести может стать еще одной проблемой при использовании резервуаров LH2.

Резервуары для хранения должны быть изготовлены из специальных материалов, способных выдерживать экстремальные температуры. Кроме того, резервуары должны иметь толстые стенки и обеспечивать достаточную изоляцию между штабелями, чтобы минимизировать приток тепла через стенки резервуара. Утечка тепла может привести к кипению LH2 и поглощению окружающего тепла, необходимого для поддержания LH2 при температуре глубокой заморозки. Производители криогенных резервуаров стремятся поддерживать уровень кипения ниже 1% в день.

Форма резервуаров должна быть максимально приближена к сфере, чтобы минимизировать конструктивные потери. Сфера обнажает наименьшую поверхность на удерживаемую массу LH2. Для сохранения центра тяжести баки LH2 одинакового размера должны быть размещены так, чтобы они не влияли на качку или опрокидывающий момент самолета.

Пакеты сферических баков могут быть размещены в передней части самолета (сразу за кабиной на нижней палубе) и в задней части (сразу перед хвостовым оперением). Технология вакуумной колбы с дополнительной изоляцией сверху гарантирует сведение к минимуму условий кипения LH2. Если в резервуаре теряется вакуум, изоляционные слои сдерживают приток тепла внутри системы.

В резервуаре может храниться смесь LH2 и газообразного водорода (H2). Давление H2 контролируется с помощью регулирующего клапана, поскольку насосы и клапаны направляют LH2 в систему сгорания. Стоит отметить, что LH2 необходимо перевести в газообразную форму в теплообменнике перед использованием в турбинной системе.

Что вы думаете о конструкции системы водородных баков на борту самолета с водородным двигателем? Расскажите нам в разделе комментариев.

Писатель: Омар — энтузиаст авиации, доктор философии. в аэрокосмической технике. Имея за плечами многолетний технический и исследовательский опыт, Омар стремится сосредоточиться на научно-исследовательской авиационной практике. Помимо работы, Омар увлекается путешествиями, посещением авиационных объектов и наблюдением за самолетами. Базируется в Ванкувере, Канада.