Самарские ученые приступили к масштабным испытаниям биотопливных добавок для газотурбинных двигателей

Ученые Самарского университета им. Королёва приступили к масштабным испытаниям биотопливных смесей – авиационного топлива с различными биокомпонентами, добавляемыми для снижения вредных выбросов в атмосферу. В ходе испытаний, которые, как планируется, продлятся более семи месяцев, ученые экспериментально определят влияние биотоплива на характеристики двигателя, что позволит найти наиболее эффективные и экологичные биотопливные смеси и составить рецептуру оптимального топлива будущего. Испытания проводятся на малоразмерных газотурбинных двигателях (МГТД), в том числе собственной разработки (МГТД "Колибри"). Ранее подобные эксперименты с биотопливными смесями на МГТД не проводились.

– Главная цель нашего проекта – определить влияние биодобавок на характеристики двигателя, такие как тяга, расход топлива и экологичность. Мы хотим найти оптимальные составы смесевых топлив, которые позволят сохранять хорошие эксплуатационные характеристики двигателей при одновременном снижении негативного влияния на окружающую среду. Данная работа является продолжением наших исследований в области определения свойств как отдельных биокомпонентов, так и их смесей с керосином, которые мы проводим в рамках грантов Российского научного фонда, – рассказал Иван Зубрилин, заведующий молодежной научно-исследовательской лабораторией "Энергетические установки".

Экспериментальные исследования проводятся на специально оборудованном испытательном стенде в лаборатории университета. Двигатель запускается на топливе с добавлением определенных биокомпонентов, а измерительная аппаратура фиксирует множество различных показателей рабочих процессов.

– На данном этапе пока что исследуются свойства смесевых топлив и их влияние на характеристики малоразмерного двигателя, но в дальнейшем планируется проведение испытаний на горелочных устройствах и камерах сгорания тех двигателей, что используются в самолетах гражданской авиации, в том числе мы готовы провести исследования для двигателей гражданской авиации разработки АО "ОДК", таких как ПД-8, ПД-14, ПД-35, или перспективного газогенератора тягой 24 тонны, над которым велась работа в нашем университете совместно с ПАО "ОДК-Кузнецов". Такова современная мировая тенденция – экологически чистое топливо в авиации будет вытеснять традиционный керосин, и нам нужно к этому готовиться. Первые шаги в этом направлении на мировом уровне уже сделаны. Ожидается, что введение углеродных единиц – карбоновый налог – начнется уже с 2025-2026 года. К 2050-му минимальная доля устойчивого топлива задана на уровне 35 %. К этой инициативе подключились уже более 120 стран, – подчеркнул Иван Зубрилин.

В качестве биотопливных добавок для первых экспериментов отобраны различные спирты, кетоны, альдегиды и эфиры. В качестве базового топлива используется стандартный авиационный керосин. Согласно теоретическим расчетам, добавление в топливо этих биокомпонентов должно существенно снизить уровень вредных выбросов двигателя, в частности выбросов сажи. Насколько именно удастся их уменьшить, сохраняя при этом необходимую мощность и экономичность двигателя, покажут результаты испытаний.

– В ходе экспериментов мы планируем довести долю биодобавок в топливной смеси до 20-25 %, а для некоторых компонентов – до 50 %. Весь цикл испытаний, как ожидается, будет состоять из нескольких десятков экспериментов и продлится примерно до конца этого года. Выбор топливного компонента – это непростая комплексная задача, решение которой должно учитывать не только экологические и технические аспекты всего жизненного цикла топлива, но и экономические и этические аспекты. Поэтому в нашем исследовании мы не концентрируемся на одном конкретном компоненте. Планируется, что наши результаты дадут дополнительную информацию для принятия глобальных решений, – отметил Иван Зубрилин.

Для испытаний задействованы малоразмерные газотурбинные двигатели с максимальной тягой 220 Н (ньютонов). Двигатели достаточно компактные и легкие – длина около 30 см, диаметр – примерно 12 см, а вес – 2 кг. На основе подобных компактных мини-двигателей можно создавать мобильные энергоустановки и небольшие скоростные летательные аппараты. В рамках исследований самарские ученые работают в кооперации с коллегами из Центрального института авиационного моторостроения (Москва), Пермского национального исследовательского политехнического университета и Томского политехнического университета.

Результаты экспериментов в перспективе войдут в базу данных программного комплекса, создаваемого в Самарском университете им. Королёва для расчета влияния различных видов биотоплива и других перспективных авиационных топлив на характеристики авиационных двигателей. Данная разработка сможет заранее определять и прогнозировать, как изменятся продолжительность, дальность и себестоимость полета, если самолет с определенной компоновкой двигателей заправить не традиционным авиационным керосином, а тем или иным экологически чистым топливом. Электронное экотопливное "меню" может пригодиться конструкторам и эксплуатантам авиационной техники при постепенном переходе отечественной авиационной отрасли на экологически чистые виды топлива, в том числе при сертификации отечественной авиационной техники для использования биотоплива.

Справка

Биотопливо – это топливо из растительного или животного сырья, из продуктов жизнедеятельности организмов или органических промышленных отходов.

Финансирование научно-исследовательских работ и испытаний ведется в рамках работы молодежной научно-исследовательской лаборатории "Энергетические установки" национального проекта "Наука и университеты".