Boeing Phantom Eye, интересный водородный эксперимент.

[strangernn]

Boeing Phantom Eye в воздухе (кликабельно)

Интересно, а на что рассчитывали конструкторы Boeing Phantom Eye (взлетевшего в 2012 году)? В смысле, а зачем тут водород нужен вообще (еще и с криогенной системой, кстати)? Нет, если считать по удельной теплоте сгорания, то водород влегкую уделывает любое углеводородное жидкое топливо. 141 МДж/кг против 42-44 МДж/кг авиационного бензина и керосинов - это круто. Однако, есть одна неприятная деталь: плотность. Жидкий водород имеет плотность всего 70,8 кг/м³, а это вовсе не смешно. Почему? А вы сами посчитайте...

подготовка Boeing Phantom Eye к полету (кликабельно)

В топливный бак, объемом в один кубометр можно закачать вдесятеро большую массу обычного жидкого топлива - 730-750 кг. Понятно теперь, почему это летадло такое пузатое? Основа его конструкции - два сферических криогенных бака (и мое поверхностное знакомство с криогенной техникой подсказывает, что они куда как тяжелее бака для бензина равного объема), и я хотел бы посмотреть на расчеты, доказывающие разумность таскания такого брюха, с учетом его сухого веса и сопротивления. Потому что мне очень сильно кажется - стройненькое "бензиновое" решение на равное время полета выглядело бы, как минимум, не хуже. Впрочем, экология и все такое...

---

+ конструкция водородного беспилотного самолета
+ галерея фото- и видеоизображений Boeing Phantom Eye на сайте производителя.

Comments

[knowyouare]

Эх, все таки есть в этой форме что-то притягательное! Красивая птичка!

[strangernn]

Да. Но мое сознание упирается. Ему не нравится пузо.

[zyxman]

Просто идею недопилили. Если-бы там было летающее крыло, то водород получался бы абсолютно вне конкуренции.

Что еще, у водорода самый большой среди сколько-то распространенных топлив диапазон горючей смеси - от 10% до 90% - по-моему у метана порядка от 25%, а у нефтепродуктов там от 40% чтоли.

То есть второй вариант, что идея просто сильно опоздала - на старых ДВС (до современных инжекторов с лямбда зондом) очень плохо работали режимы дросселирования и свойство водорода давать хорошую горючую смесь в широчайшем диапазоне, конечно тоже сильно добавляло радиуса полета.

Ну и третье свойство криогенного топлива - низкая температура - позволяет обойтись без радиатора охлаждения смеси после нагнетателя.
- на очень больших мощностях это некритично - там и так движок очень громоздкий, а на беспилотнике это нехилый такой довесок к радиусу полета получается.

Вобщем эта штука несомненно тестовый стенд, который проверяет сразу несколько идей, а куда они дальше полетят хз.

[strangernn]

Стехиометрическая горючая смесь для водорода с воздухом образуется при соотношении 1:34, у авиационного бензина - что-то около 1:15. Вдвое, конечно, водород в выигрыше - но объем и масса резервуара все равно сильно смущают.

Что же касается охлаждения смеси перед цилиндрами - то на высоте полета таких дронов и так совсем нежарко.

P.S. бак под жидкий водород должен быть сферическим - как по соображениям минимальной нагреваемой поверхности, так и по соображениям противостояния давлению. Так что в крыло не лезет никак. Только в довольно толстые фюзеляжи, перекрывая всё сечение.

[zyxman]

> Стехиометрическая горючая смесь

Что вы знаете про ДВС? - В реальности они на стехиометрии работают практически никогда.

- Практически всегда смесь слегка переобогащена топливом, потому что обогащенная смесь надежнее загорается, что особенно критично для авиации, где всегда было лучше потратить больше топлива, но не заглохнуть.

> на высоте полета таких дронов и так совсем нежарко

А какая по вашему высота полета? - Я тут невооруженным глазом вижу планер типа украинского Ан-24, который низковысотный и низкоскоростной (потолок 7 км, рабочая высота МЕНЕЕ порядка 4.5км, реально от 2-3км в зависимости от задачи).
- На тех высотах конечно сильно попрохладнее чем на поверхности, но не настолько чтобы совсем обойтись без промежуточного охлаждения если есть наддув.

Да, высотные выглядят совсем по другому - типичный высотный Б-52, у которого очень-очень длинное и тонкое крыло.

> бак под жидкий водород должен быть сферическим

Не обязательно. Зависит от сколько времени он должен быть жидким - сфера требуется когда там сильно больше суток (на месяц скажем), а на период до суток вполне летают цилиндры.

[strangernn]

1. Я знаю про ДВС. Иногда они и ниже стехиометрического уровня работают. Ничего особенного в этом нет. Нам сейчас важнее понимать, что при вдвое меньшей МАССОВОЙ доле водорода в смеси - он занимает гораздо больший ОБЪЕМ. Т.е., в цилиндры попадает меньше "нагреваемого рабочего тела" (азота, в первую очередь).

2. Что тут "по-моему"? Операционная высота полета этого дрона - около 20 километров. ;)

3. Должен-должен. Сферический бак при прочих равных имеет еще и минимальный вес. На это можно наплевать, если у вас бак под керосин, жестяная банка по сути - но когда это сложная теплоизолированная конструкция высокого давления - минимизация площади стенок (веса) становится важным делом.

P.S. Первые ДВС, работавшие на водороде - Ленинград, 1942 год. В условиях блокады и дефицита топлива придумали питать моторы машин с лебедками, которые поднимали-опускали аэростаты заграждения - потерявшим чистоту водородом, непригодным для подъема баллонов. Все работало нормально (за исключением нескольких случаев детонации, потому что степень "порчи" водорода, а стало быть и дозировку подачи в карбюратор определяли "на глаз"). Так что ДВС на водороде - совсем не новость.

[apique]

Водород не обязательно сжигать, куда разумнее использовать топливные элементы и электрические двигатели. В этом, собственно, главная сила водорода и есть. Аналогично и в автомобилях, водород не сжигают, а преобразуют в электричество. А у электрического двигателя как раз уже очень большие плюсы есть над ДВС. Хотя конкретно этот самолёт, как я понимаю, именно на ДВС.

[strangernn]

Лучшие ТЭ на водороде дают около 400вт/кг (метанольные больше, до 600). Тяжеловато получается. Даже с учетом КПД в 80+% (и экономии на массе топлива) тяжело.