Airbus в партнерстве с CFM International (совместная компания GE и Safran Aircraft Engines) разрабатывает летающий испытательный стенд A380 под названием ZEROe Demonstrator для изучения того, как сжигание водорода может быть использовано для питания турбовентиляторных реактивных двигателей.

Художественная концепция демонстратора ZEROe. Airbus

 

С экологической точки зрения водород является привлекательной альтернативой традиционному авиационному топливу для авиакосмической отрасли, которая обязалась отказаться от выбросов углерода к 2050 году. В газообразной форме он почти так же прост в обращении, как природный газ, быстро и относительно чисто сгорает, оставляет после себя только воду и сокращает выбросы оксидов азота на 90% по сравнению с керосином.

На первый взгляд, это идеальная замена, но при ближайшем рассмотрении оказывается, что предстоит пройти долгий путь, прежде чем мы увидим реактивные лайнеры на водородном топливе, выруливающие на взлетную полосу. Конечно, легко говорить, что водород позволяет отказаться от вредных ископаемых видов топлива, но большая часть водорода, производимого в промышленных масштабах, получается из нефти в результате паро-метанового процесса. Поэтому использование водорода в качестве экологически чистого топлива означает огромный переход в производстве на альтернативы, такие как биомасса или электролиз воды с использованием неископаемых источников энергии, а также все инфраструктурные аспекты, которые повлечет за собой такой переход.

Водородный реактивный двигатель будет установлен в кормовой части фюзеляжа. Airbus

 

Если этого будет недостаточно, у водорода есть и другие проблемы. Хотя его удельная энергия в 2,5 раза выше, чем у керосина, он имеет гораздо меньшую плотность энергии и занимает в четыре раза больший объем. Это означает, что при замене водорода на обычное топливо в соотношении один к одному самолет сможет пролететь лишь четверть расстояния.

Чтобы компенсировать это, водород придется перевести в криогенное состояние, где он превращается в жидкость при температуре -420 °F (-250 °C), что потребует его перевозки в специальных изолированных баках, которые будут в четыре раза больше существующих. Для этого потребуются самолеты, которые будут иметь выпуклый вид или будут спроектированы со смешанной конструкцией корпуса, где крыло и фюзеляж сливаются в одно целое.

Это создаст определенные проблемы, поскольку такие водородные самолеты будут иметь большее соотношение поверхности к объему, что означает большее аэродинамическое сопротивление и снижение топливной эффективности. Однако водород будет легче обычного топлива, что позволит найти компромисс.

Альтернативой может быть просто меньшая дальность полета, но это проблема, поскольку производство и обращение с криогенным водородом чрезвычайно опасно и дорого, поэтому предпочтительнее иметь как можно меньше заправочных станций на любом маршруте.

Инфографика ZEROe. Airbus

 

С другой стороны, можно спроектировать самолет на водородном топливе, сохранив большинство традиционных систем управления и основные конфигурации реактивных двигателей, поэтому сертификация не будет представлять собой серьезную проблему, которую повлечет за собой создание совершенно нового класса самолетов.

Кроме того, использование водорода в реактивных двигателях - идея не новая. Первый немецкий реактивный двигатель, созданный в 1937 году, использовал водород для наземных испытаний, а бомбардировщик Martin B-57B Canberra в 1957 году в течение 20 минут летал на водороде. С тех пор был проведен ряд исследований по использованию водорода в качестве альтернативной формы реактивного топлива. Ряд автопроизводителей также изучают потенциал водородных двигателей внутреннего сгорания для приведения в движение транспортных средств, передвигающихся по земле.

В рамках нового соглашения Airbus предоставит самолет A380 для переоборудования в демонстрационный летательный аппарат ZEROe с установленными в фюзеляже хвостовыми водородными баками и определит системные требования для испытательного силового агрегата, который будет представлять собой турбовентилятор GE Passport с двигателем, модифицированным CFM для работы на водороде.

Новый двигатель не будет использоваться на самолете A380, где будут применяться обычные двигатели. Вместо этого водородный двигатель будет установлен на фюзеляже в направлении кормы. Это позволит инженерам контролировать выбросы водородного двигателя в крейсерском режиме без помех со стороны двигателей, установленных под крыльями.

"Это самый значительный шаг, предпринятый Airbus для вступления в новую эру полетов на водородном топливе с момента представления концепции ZEROe в сентябре 2020 года", - сказала Сабина Клауке, главный технический директор Airbus. "Используя опыт американских и европейских производителей двигателей для достижения прогресса в технологии водородного сгорания, это международное партнерство посылает четкий сигнал о том, что наша промышленность стремится сделать полеты с нулевым уровнем выбросов реальностью".

Видео ниже знакомит с концепцией ZEROe.

Демонстратор ZEROe - это гигантский скачок вперед в миссии по созданию авиации с нулевым уровнем выбросов. Узнайте, как технология сжигания водорода будет работать на испытательной платформе #A380.

Источники: Airbus

https://www.airbus.com/en/newsroom/press-releases/2022-02-airbus-and-cfm-international-to-pioneer-hydrogen-combustion