ПЕРСПЕКТИВА МЕТАНОВОГО ТОПЛИВА КАК ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

THE PROSPECT OF METHANE FUEL AS AN ENERGY SOURCE FOR AIRCRAFT ELECTRIC MOTORS

Saniya Kanatbek

student of the Department of Designs and Tests of Aircraft, Voskhod branch of the Moscow Aviation Institute in Baikonur

Қазақстан, Байқоңыр

Kenzhegul Abildaeva

scientific supervisor, Senior Lecturer, Voskhod branch of the Moscow Aviation Institute in Baikonur,

Қазақстан, Байқоңыр

АННОТАЦИЯ

Метановое топливо является перспективным для гибридных и электрических летательных аппаратов благодаря своей экологичности, экономической доступности и высокой энергоемкости. Данный вид топлива может производиться из возобновляемых источников.

ABSTRACT

Methane fuel is promising for hybrid and electric aircraft due to its environmental friendliness, economic viability, and high energy density. It can be produced from renewable sources.

Ключевые слова: метан, экологичное вещество, топливо, электродвигатели.

Keywords: methane, environmentally friendly substance, fuel,electric motors.

Метан (CH₄) — это простой углеводород, основной компонент природного газа. Удельная теплота сгорания составляет около 55 МДж/кг. Плотность метана легче воздуха, что делает его летучим. Рассматриваемый автором газ используется как топливо и может быть интересен для электродвигателей в использовании коммерческими летательными аппаратами. Метан может служить источником энергии для генерации электричества, а также в системах энергетического хранения. Его использование может способствовать снижению выбросов углерода по сравнению с традиционными источниками топлива. Например: керосин, дизельное топливо, уголь.

Метан может сыграть важную роль в следующих направлениях:

1. Генерация электроэнергии для электродвигателей

Метан, будучи энергоемким топливом, может быть использован для производства электричества на борту КЛА. Это возможно через два ключевых подхода:

• Топливные элементы. Метан может быть преобразован в электрическую энергию с использованием технологии топливных элементов. Данный процесс менее загрязняет окружающую среду по сравнению с традиционными авиационными турбинами.
• Газовые турбины с генераторами. Метан можно сжигать в газотурбинных двигателях, которые вырабатывают электроэнергию для питания электродвигателей (например: турбореактивные двигатели, крупные системы, подходящие для средних и тяжелых КЛА; турбовентиляторные двигатели). Энергию можно перенаправлять для выработки электричества, сохраняя возможность прямого движения.

2. Преимущества метанового топлива

Экологичность. Метан выделяет меньше углекислого газа и вредных веществ при сгорании, чем традиционное авиационное топливо (керосин), а также меньше оксидов азота и серы.

Экономичность. Метан дешевле традиционного авиационного топлива, особенно в виде сжиженного природного газа.

Удобство хранения. Метан в сжиженном виде занимает меньше места и имеет высокую плотность энергии.

Синтезируемость. Метан можно производить из возобновляемых источников таких, как биогаз или водород, что делает его устойчивым топливом.

Использование метана в авиации обладает значительным потенциалом для снижения углеродного следа и способствует развитию устойчивого воздушного транспорта. Однако для реализации подхода подобного рода требуется решение ряда технических и инфраструктурных задач:

Хранение и транспортировка. Метан необходимо содержать в сжиженном виде при температуре −162 °C, что требует применения криогенных резервуаров. Такие системы увеличивают массу летательного аппарата и усложняют его конструкцию. Эффективность преобразования энергии: для производства электричества на основе метана необходимо создавать высокоэффективные системы преобразования, включая топливные элементы и газовые турбины. Инфраструктура: переход на метановое топливо потребует масштабной модернизации аэропортов для обеспечения хранения сжиженного природного газа (СПГ) и заправки летательных аппаратов.

3. Перспективы развития

Метан может стать одним из ключевых видов топлива для гибридных или полностью электрических КЛА. Его внедрение будет зависеть от: прогресса в технологиях топливных элементов и газовых турбин, разработки легких и надежных систем хранения, увеличения объемов производства и снижения стоимости синтетического метана.

Список литературы:

1. Исследование и применение метановых ракетных двигателей в космической индустрии — новые возможности и перспективы [Электронный ресурс]. — Режим доступа: URL: https://afonesoft.ru/issledovanie-i-primenenie-metanovyh-raketnyh-dvigatelej-v-kosmicheskoj-industrii-novye-vozmozhnosti-i-perspektivy (дата обращения: 01.12.2024).
2. Брегвадзе Д.Т., Габидулин О.В., Гуркин А.А., Заболотько И.А. Применение топлива «Кислород+метан» в жидкостных ракетных двигателях // МГТУ им. Н.Э. Баумана. — Москва, 2017. — 13 с.
3. Чудина Ю.С. Рабочие процессы в ракетном двигателе малой тяги на газообразных компонентах топлива кислород и метан: дисс. канд. тех. наук: 05.07.05. — Москва, 2014. — 167 с.
4. Васянина А.Ю., Тонких А.А., Савчин Д.А., Ермоленко Д.А. Перспективы использования компонентов топлива метан-кислород в жидкостных ракетных двигателях // Двигатели и энергетические установки летательных космических аппаратов. — Красноярск, 2017. — 3 с.