Samolot Tu-155 napędzany LNG

Pod uwagę brano dwa dwa nośniki energii: skroplony gaz ziemny (LNG) i skroplony wodór (LH), co oznaczało konieczność dostosowania silników do zasilania tymi paliwami.

Biuro konstrukcyjne Kuzniecowa, zajmujące się jednostkami napędowymi dla lotnictwa, wykonało konwersję silnika NK-8 do do wersji NK-88, która pozwalała na zasilanie paliwem gazowym (LNG lub LH) i konwencjonalnym. Silnik ten zamontowano jako jeden z trzech (prawy) w samolocie Tu-154, który był własnością biura konstrukcyjnego Tupolewa. Pozostałe dwa silniki NK-8 (środkowy i lewy) były standardowymi jednostkami napędowymi stosowanymi w Tu-154 zasilanymi konwencjonalnym paliwem lotniczym.

fot. youtubeTu-155 - eksperymentalny samolot zasilany skroplonymi paliwami gazowymi (wodorem i gazem ziemnym)

Zmiany widoczne na zewnątrz dotyczyły wlotu powietrza, który musiał sprostać innym wymaganiom dotyczącym przepływu w silniku NK-88. Uwagę zwracały także dodatkowe element na górnej części ogona i nad środkowym silnikiem, które stanowiły część systemu wentylacyjnego pomieszczeń, w których były zainstalowane zbiorniki z paliwem gazowym.

Duże zmiany nastąpiły we wnętrzu samolotu. W kabinie pasażerskiej zamontowano kilkadziesiąt połączonych ze sobą zbiorników kriogenicznych, zdolnych do utrzymania temperatury -253ºC, w którym przechowywano 18 m³ skroplonego wodoru. Zastosowano także nowe pompy paliwowe, a nietypowe paliwo wymagało także nowych systemów bezpieczeństwa. Instalacja paliwowa pomiędzy zbiornikiem, a silnikiem była poprowadzona na zewnątrz kadłuba specjalnie ukształtowanych i wentylowanych owiewkach. Zastosowano kilkanaście czujników informujących o ewentualnym wypływie gazu. W takim przypadku zasilanie silnika paliwem było przerywane. Samolot był wyposażony w 30 nowych systemów i instalacji.

Oczywistym problemem był brak odpowiednich urządzeń do tankowania ciekłego paliwa gazowego na lotniskach. Na lotnisku Ramienskoje powstała eksperymentalna instalacja do tankowania skroplonych paliw gazowych. Tankowanie samolotu odbywało się ze specjalnie wyposażonych ciężarówek. Ze względów bezpieczeństwa cały proces był sterowany zdalnie.

Samolot w wersji zasilanej wodorem wzbił się w powietrze 18 kwietnia 1988 r. Lot trwał 21 minut. Zasilany ciekłym wodorem silnik był testowany na wysokości do 7000 m i z prędkościami do 900 km/h. W locie symulowano awarie silnika oraz sprawdzano działanie systemu przeciwpożarowego.

Samolot w wersji wodorowej wykonał tylko pięć lotów. Decyzję o zaprzestaniu rozwoju tego rodzaju napędu podjęto z uwagi wysoki koszt ciekłego wodoru (w przypadku upowszechnienia tego rozwiązania koszty z pewnością uległyby obniżeniu) oraz całkowity brak infrastruktury do tankowania tego paliwa na wszystkich większych lotniskach.

fot. youtubeTu-155 z widocznymi w tylnej części osłonami kryjącymi przewody doprowadzające gaz do prawego silnika

Gaz ziemny był bardziej obiecującym paliwem z uwagi na większą dostępność i niższe koszty, lecz wymagał zmian w układzie paliwowym w stosunku do rozwiązań dla ciekłego wodoru.

Gęstość skroplonego gazu ziemnego (LNG) stanowi tylko 1/6 gęstości skroplonego wodoru. Wymagało to zastosowania bardziej wydajnych pomp, które byłyby w stanie dostarczyć do silników wystarczającą do rozruchu silnika ilość paliwa.

Innym problemem było wrzenie skroplonego gazu ziemnego powodujące duże wahania w przepływie paliwa. Problemy zostały rozwiązane, a próby w locie rozpoczęły się 18 stycznia 1989 r. Testy tego rozwiązania trwały w sumie pięć lat. Wykonano ponad 80 lotów. Sprawdzono wszystkie parametry lotu do pułapu 13000 m. Testowano także przełączanie rodzaju zasilania silnika w locie (z LNG na tradycyjne paliwo lotnicze i odwrotnie). Cała procedura trwała zaledwie 5 sekund.

Samolot z silnikiem zasilanym paliwami alternatywnymi (wodorem lub gazem ziemnym) zyskał oznaczenie Tu-155 i był pokazywany na wystawach lotniczych w Nicei (w październik 1989 r.), w Hanowerze (w lipcu 1990 r.) i Berlinie (w lipcu 1991 r.).

Jeden z samolotów Tu-154B planowano przekształcić na wersję dwupaliwową, w której wszystkie silniki byłyby zasilane paliwami gazowymi. W wyniku tych prac opracowano wersję Tu-156, jednak z uwagi na rozpad Związku Radzieckiego projekt został zaniechany.

fot. TupolewZbiornik LNG w samolocie Tu-155

W perspektywie przewidywano także wprowadzenie zasilania silników lotniczych zasilanych gazem ziemnym lub LPG. Paliwo gazowe miało być przechowywane w podwieszanych pod skrzydłami zbiornikach cylindrycznych. Dodatkowy opór aerodynamiczny wynikający z ich zastosowania miał być niwelowany przez większą wydajność nowego paliwa. Oznaczało to, że zasięg nowych samolotów nie byłby mniejszy, a koszty przelotu byłyby znacznie niższe. W 1995 r. planowano uruchomić produkcję specjalnych płatowców do samolotów zasilanych paliwami gazowymi.

Na początku XXI w., po ustabilizowaniu sytuacji ekonomicznej, w Rosji powrócono do badań napędu silników lotniczych skroplonymi paliwami gazowymi.

Prace rozpoczęto w 2002 r., wykorzystując samolot Tu-204K. Projekt był w 50% finansowany z budżetu państwa, a program Tu-156 uważano za pośredni etap badań i rozwoju tego samolotu. Duże zainteresowanie projektem wykazywał Gazprom, który widział zastosowanie dla tak napędzanych samolotów na rosyjskiej Dalekiej Północy i Dalekim Wschodzie, gdzie gaz jest bardzo powszechnym paliwem.