Британский производитель аэрокосмической продукции Reaction Engines и Британский совет по науке и технологиям (STFC) завершили концептуальное исследование практической целесообразности использования аммиака в качестве топлива для реактивных самолетов. Объединив технологию теплообменников Reaction Engines с передовыми катализаторами STFC, они надеются создать устойчивую силовую установку с низким уровнем выбросов для самолетов завтрашнего дня.
В современных реактивных двигателях используются различные виды топлива на основе керосина, обладающие очень высокой плотностью энергии, которые могут приводить в движение самолет, значительно превышающий скорость звука, и перевозить пассажиров и грузы по всему миру. К сожалению, такое топливо также получается из ископаемых видов топлива и производит значительные выбросы углекислого газа, которые авиационная отрасль и многие правительства обязались радикально сократить к 2050 году.
Одним из способов достижения этих сокращений является поиск альтернативы обычным реактивным топливам для авиалайнеров. Проблема в том, что большинство этих альтернатив имеют гораздо более низкую плотность энергии, чем стандартное авиационное топливо, и страдают другими недостатками. Например, современные аккумуляторные технологии потребуют, чтобы будущие летательные аппараты были очень маленькими, с малым радиусом действия и с небольшой полезной нагрузкой. Между тем, жидкий водород мог бы быть жизнеспособной альтернативой, но его нужно было бы перевозить так много, что пришлось бы полностью перепроектировать самолеты и построить новую инфраструктуру.
Идея использования аммиака в качестве авиационного топлива не нова. Хотя он имеет только треть плотности энергии дизельного топлива, его относительно легко сжижать и хранить, и он уже использовался в знаменитом ракетоплане X-15, отправляя его в космос в серии суборбитальных миссий в 1950-е и 60-е годы. Кроме того, он не содержит углерода.
Двигатель SABRE с теплообменником, отмеченным синим цветом. Фото: Reaction Engines
Сложнее всего найти экономически выгодный способ его использования в авиации. Чтобы решить эту проблему, компания Reaction Engines разработала новую силовую установку, основанную на технологии теплообменника, разработанной для своего гиперзвукового двигателя SABRE (гиперзвукового комбинированного синергетического воздушно-реактивного/ракетного двигателя с предварительным охлаждением), которая затем была оценена лабораторией Резерфорда Эпплтона STFC недалеко от Дидкота в Оксфордшире.
В этой новой системе аммиак хранится в виде охлажденной жидкости под давлением в крыльях самолета, как сегодня на основе керосина. Тепло, отбираемое от двигателя теплообменником, нагревает аммиак, когда он откачивается и подается в химический реактор, где катализатор расщепляет часть аммиака на водород. Затем смесь аммиака и водорода подается в реактивный двигатель, где она горит, как обычное топливо, хотя выбросы состоят в основном из азота и водяного пара.
Согласно Reaction Engines, удельная энергия аммиака достаточно высока, чтобы самолет не нуждался в значительных модификациях, а двигатель можно было бы модернизировать в относительно короткие сроки. Наземные испытания находятся в стадии разработки, первый полет возможен через несколько лет.
Теплообменник позволяет гиперзвуковому прямоточному воздушно-реактивному двигателю работать на гиперзвуковых скоростях. Фото: Reaction Engines
«Комбинация технологии трансформирующего теплообменника Reaction Engines и инновационных катализаторов STFC позволит разработать революционный класс авиационных силовых установок на основе аммиака», - говорит доктор Джеймс Барт, главный инженер компании Reaction Engines. «Наше исследование показало, что реактивный двигатель, работающий на аммиаке, может быть адаптирован из имеющихся в настоящее время двигателей, а аммиак в качестве топлива не требует полного переосмысления конструкции гражданских самолетов в том виде, в каком мы их знаем сегодня. Это означает быстрый переход к устойчивому будущему авиации возможно при низких затратах; а самолеты, работающие на аммиаке, могут обслуживать мировые ближнемагистральные маршруты задолго до 2050 года».
Источник: New Atlas / Reaction Engines