全球唯一氢燃料飞机：图-155背煤气罐，如今这绝技已被中国传承
烽火观点2020-07-15 16:10
液氢的热值是汽油的3倍，很清洁，燃烧产物就是水，而且液氢又是可以再生的能源。同样的，液化天然气(LNG)也与液氢相仿。在上世纪70年代末，由于石油危机的影响，世界各国开始考虑未来的清洁航空燃料，于是苏联开始研制以液氢和液化天然气为燃料的先进飞机。
一开始苏联改装了一架米亚-4“野牛”战略轰炸机，用于研究液化天然气的飞机运输，这架驮着巨型罐子，当“快递员”的米亚-4 BM-T天然气运输机，是由米亚-4“野牛”重型轰炸机改装而来，原本改装目的是为了驼运暴风雪号航天飞机以及运输火箭燃料，后期被用于在地广人稀且没有铁路的苏联东部地区，西伯利亚荒原和萨哈共和国北冰洋地区的天然气运输。不过，运一次天然气，需要烧掉一半吧。由于液化技术限制，米亚-4“野牛”的天然气罐子太大了，很明显不符合航空运输的要求，于是苏联放弃了。转而研制采用液氢燃料发动机的图-155型飞机。
图-154客机是由前苏联图波列夫设计局研制的三发中程客机，采用"T型“尾翼的基本布局。它的最大巡航速度为950公里/小时，载有最大载荷时航程为3700公里，载荷为5450公斤、载油量最大时航程为6600公里，是目前最成功的俄系喷气式飞机。但图-154客机的口碑很差，发生多起安全事故。图-154客机有很多型号，除了在重量和发动机等一般的分别外，图-154亦有不同利用不同燃料的型号，其中图-155是全球第一架使用氢或天然气作燃料的飞机。
图-155于1988年4月进行首飞，它是世界上第一架使用液态氢作为燃料的试验飞机，配备NK-88涡喷发动机。与传统煤油燃料相比，低温液化氢气作为燃料更环保、更高效。20世纪70年代中期，前苏联和世界其他国家一样，由于石油短缺而导致能源危机，因此人们积极探讨使用替代燃料的可能性。21世纪随着环境问题的出现，这个问题更加紧迫，全球唯一氢能飞机图-155应运而生。
2019年的莫斯科航空航天展览会，除了展示一系列国内军事和民用航空的新产品外，还让人接触到俄罗斯过去的各种罕见的飞机，在朱可夫斯基机场举办了一场历史性的苏联喷气式飞机展览，其中就有图-155试验飞机，由低温燃料驱动。低温燃料就是当气体变成液体时，冷却到很低温度。图-155燃料使用低温液化氢气，同时还使用液化天然气作为燃料。
1970年代，当时正在经历全球能源危机，石油消费持续下降。据地质学家说，地球上潜在的天然气储量是煤炭和石油储量的十倍。同时，俄罗斯天然气已探明储量居世界首位。20世纪70年代，苏联科学院制定了将氢能引入国民经济的研发计划，飞机引擎将使用低温燃料。除了环境因素之外，还有另一个支持清洁燃料的项目--高超音速和航空航天系统的发展。当时苏联研制中的“暴风雪”号航天飞机，计划燃料就使用液氧和液氢。
1980年代中期，图波列夫设计局开始制造使用低温燃料的试验飞机，以图-154客机为基础。液氧几乎是理想的航空清洁燃料，在燃烧过程中释放的主要是水和少量的氮氧化物。氢的热容值是传统航空燃油的三倍。但氢气容易发生爆炸，只有在接近绝对零度(-273°C)的极低温度下才能在液体条件下储存和运输。
在设计飞行实验室时，图-154的配置发生了重大变化，并解决一系列复杂的技术问题。机身后部有一个气密舱，里面有一个20立方米的低温液氢罐，液氢采用屏蔽式真空隔热，可长期将储罐温度保持在零下253摄氏度以下。飞机的右舷引擎更换为NK-88发动机，使用液氢燃料。
尽管低温燃料很优秀，但氢气非常容易发生爆炸，人们不得不担忧这点。图-155试点飞行为进一步改进航空低温燃料系统提供了宝贵的经验。图-155项目的下一阶段是将其转换为更友好的燃料--液化天然气。和氢气一样，液化天然气污染明显较少，其热容值比航空煤油高15%。氢气容易发生爆炸，只能在非常低的温度下储存和运输。储存液态天然气更容易，温度可以达到-160°C左右，几乎比储存氢气时高出100度。
1989年1月，图-155飞行实验室装备了低温液化天然气发动机。首飞结果显示，油耗比煤油降低约15%，客机经济性明显提高。图-155总共有70次飞行，其中5次使用氢燃料，其余的使用液化天然气。不幸的是，当时的技术和经济水平限制，并没有让这个项目继续进行下去，但图-155清楚地证明了创造低温航空的可能性。新型能源的开发和应用仍然是21世纪航空领域的一个重要挑战。
从此以后，氢能源飞机消沉了一段时间。直到进行年氢燃料电池技术的发展，氢燃料才又开始在航空飞行器上应用，这一次中国走在了世界前列。早在2106年，中航技进出口公司和科比特航空联合推出的多旋翼垂直起降无人机HYDrone-1800，就搭载了先进的氢电混动系统，创造了该级别无人机270分钟续航的新世界纪录。这种六轴无人机，最大飞行半径100公里，最大载荷达到25公斤，可以安装更多的侦察和作战模块，可直接从战斗车辆上起飞，进行长航时任务，为步兵分队提供超过20公里纵深的战场态势获取能力。
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