Конструктивно-технологические особенности создания металлокомпозитных баллонов для транспортных средств, работающих на водороде

Приведены преимущества водорода перед другими видами топлива при его использовании в качестве рабочего тела двигателей и энергетических установок. Рассмотрены варианты применения водорода в электроприводных системах с водородными топливными элементами, в двигателях внутреннего сгорания, ракетах и гиперзвуковых летательных аппаратах. В этих двигателях предусмотрено наличие накопителей — либо металлогидридных, либо баллонов давления со сжатым или криосжатым водородом. Изложены результаты создания сверхлегких металлокомпозитных баллонов высокого давления для газообразного сжатого до 35…70 МПа, криосжатого и сжиженного водорода. Приведены результаты разработок уникальных конструктивных и технологических решений по созданию сверхлегких металлокомпозитных баллонов высокого давления с тонкостенной сварной металлической герметизирующей оболочкой и силовой оболочкой из высокопрочного углепластика. Разработано уникальное технологическое оборудование для производства и испытаний таких металлокомпозитных баллонов высокого давления, включающее в себя роботизированный комплекс для высокоточного позиционирования и микроплазменной сварки из тонколистовых (0,3…1,0 мм) заготовок (Ti, Al, нержавеющая сталь). При проектировании наряду со статическим применен ресурсный подход к определению оптимальных параметров конструкции баллона. Приведены результаты сравнения параметров композитных баллонов отечественных и зарубежных производителей, а также результаты проектирования и разработки металлокомпозитных баллонов для хранения, использования и транспортирования водородного топлива в сжатом до 70 МПа, сжиженном и криосжатом виде. Показан пример применения разработок для беспилотных летательных аппаратов.
EDN: NSSCVJ, https://elibrary/nsscvj

Литература

[1] Почанин Ю.С. Водородное топливо. Производство, хранение, использование. Самиздат, 2022. 319 с.

[2] Zbigniew S. A comprehensive overview of hydrogen-fueled internal combustion engines: achievements and future challenges. Energy, 2021, vol. 14, no. 20, art. 6504, doi: https://doi.org/10.3390/en14206504

[3] Александров И.К., Раков В.А., Щербакова А.А. Перспективы развития транспортных средств с электроприводом. Транспорт на альтернативном топливе, 2011, № 4, с. 66–69.

[4] Brown W.J., Beeson H., Pedley M. et al. Safety standard for hydrogen and hydrogen systems. NSS 1740.16. NASA, 2005. 389 p.

[5] Цыгикало Н. Гиперзвуковая крылатая ракета и ее скачки. Коммерсантъ, 2020. URL: https://www.kommersant.ru/doc/4501975 (дата обращения: 15.03.2025).

[6] Демичев В.И., Сергеев А.Ю., Мотова Т.А. и др. Полимер-композитные емкости с высоким массовым совершенством для хранения и транспортировки газов под давлением. Механика композитных материалов, 2021, т. 57, № 6, с. 1115–1128, doi: https://doi.org/10.22364/mkm.57.6.06

[7] Yersak T.A., Baker D.R., Yanagisawa Y. et al. Predictive model for depressurization-induced blistering of type IV tank liners for hydrogen storage. Int. J. Hydrogen Energy, 2017, vol. 42, no. 48, pp. 28910–28917, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.10.024

[8] Правила ООН № 134. Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения механических транспортных средств и их элементов оборудования в отношении связанных с обеспечением безопасности эксплуатационных характеристик транспортных средств, работающих на водороде. ООН, 2015. 79 с.

[9] Васильев В.В., Мороз Н.Г. Композиционные баллоны давления. Москва, Машиностроение, 2015. 373 с.

[10] Асюшкин А.В., Викуленков В.П., Лебедев К.Н. и др. Создание высокоэффективного металлокомпозитного баллона высокого давления. Вестник НПО имени С.А. Лавочкина, 2015, № 1, с. 19–27.

[11] Комков М.А., Тарасов В.А. Технология намотки композитных конструкций ракет и средств поражения. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. 432 с.

[12] Огородников С.К., ред. Справочник нефтехимика. Т. 2. Ленинград, Химия, 1978. 592 с.

[13] Лебедев К.Н., Лебедев И.К., Мороз Н.Г. Экспериментальные исследования ресурсных характеристик металлокомпозитных баллонов. Научный Вестник МГТУ ГА, 2015, № 212-2, с. 137–142.

[14] Lebedev K.N., Moroz N.G., Slitkov M.N. Cyclic strength of metal-composite high-pressure cylinders for storing xenon as part of a spacecraft in the case of orbital flight. AIP Conf. Proc., 2022, vol. 2503, art. 020010, doi: https://doi.org/10.1063/5.0107719

[15] Тарасов В.А., Бараев А.В., Комков М.А. Унификация шар-баллонов высокого давления РКТ комбинированной конструкции с композитной оболочкой и металлическим лейнером. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2015, № 1, с. 31–41, doi: http://dx.doi.org/10.18698/0536-1044-2015-1-31-41