Ученые Самарского университета заняты созданием энергетических установок, работающих на нестандартном топливе. Новый криогенный двигатель будет использовать в качестве топлива жидкий азот или сжиженный природный газ. По словам разработчиков, он может применяться на экологичном автотранспорте для особо охраняемых природных зон, а также на беспилотных летательных аппаратах специального назначения.

Последние смогут оставаться невидимыми для средств инфракрасного слежения, не оставляя в небе тепловых следов – в отличие от летательных аппаратов, использующих для создания тяги двигатели внутреннего сгорания или электродвигатели. На создание агрегата уйдет три-четыре года.

По словам заместителя директора Института двигателей и энергетических установок Самарского университета Дмитрия Угланова, сейчас ученые проводят серию испытаний одного из главных элементов – системы хранения криогенного топлива – на основе емкости специальной конструкции, оснащенной различными датчиками и клапанами.

У этой системы оригинальная конструкция, защищенная патентами на изобретение. Уникальность в том, что обычно подобные емкости предназначены для хранения либо газов высокого давления, либо криогенных рабочих тел в жидком состоянии. Наша же разработка позволяет в зависимости от задачи хранить рабочие вещества или в жидком состоянии, или в газообразном и дает возможность управлять временем регазификации для получения необходимых параметров состояния рабочего тела, – рассказал Дмитрий Угланов.

Водород согреет

Самарский университет и «Силовые машины» создают первую в России газотурбинную установку для тепло- и электроснабжения на метано-водородном топливе, которая будет более экологичной по сравнению с аналогами на керосине или природном газе.

На базе университетского центра газодинамических исследований создано совместное конструкторское бюро для разработки технологий производства камер сгорания энергетических газотурбинных установок, работающих на топливе с высоким содержанием водорода.

Это новое направление в энергетике России. Подобных отечественных установок пока не существует, – рассказал начальник КБ Сергей Матвеев. – Первый проект – камера сгорания для перспективной газотурбинной электростанции ГТЭ-65В мощностью 65 мегаватт. Метано-водородная смесь позволит увеличить мощность турбины и снизить количество вредных выбросов в атмосферу.

Как показали предварительные исследования, смесь с долей водорода 40–50 процентов увеличит мощность установки примерно на 10 процентов. Такое оборудование можно будет использовать на крупных промышленных предприятиях, для тепло- и электроснабжения малых городов или жилых районов мегаполисов. Добавление водорода будет обеспечивать более полное сгорание топлива, благодаря чему снизится выброс оксида углерода и несгоревших углеродов, кроме того, уменьшится общий выброс СО₂ и расход топлива.

В ходе разработки и проектирования камеры сгорания самарским ученым предстоит оптимизировать конструкцию камеры сгорания, определить наиболее эффективный состав топливной смеси, решить проблему акустических пульсаций, возникающих при горении метано-водородного топлива, а также разработать мероприятия по максимальному снижению выбросов оксидов азота.

Экспериментальную модельную камеру сгорания изготовят на 3D-принтере в лаборатории аддитивных технологий самарского вуза. Работы начнутся уже в феврале. Технический проект предполагается завершить в 2023 году, после чего на промышленном предприятии «Силовых машин» будет изготовлен опытный образец.

В самарском вузе исследования в области применения водородного топлива ведутся с 1960-х годов. В двигателестроительном конструкторском бюро под руководством академика Николая Кузнецова был создан уникальный двигатель НК-88, работавший на жидком водороде, для самолета Ту-155, впервые поднявшемся в воздух 15 апреля 1988 года.

Кстати.

Конструкторское бюро Самарского университета начало разработку малоразмерных авиадвигателей, которые могут применяться на легких самолетах, беспилотниках и других летательных аппаратах . По словам научного руководителя Института двигателей и энергетических установок Александра Ермакова, это направление особенно перспективно, поскольку в России такие двигатели практически не разрабатываются и не производятся.

Сейчас есть целый ряд предложений по созданию малоразмерных двигателей. Это очень крупные проекты, суммы договоров по которым в перспективе могут составлять до миллиарда рублей, – сказал Ермаков.