Зачем в СССР создали вертолёт Ми-8 на газе и почему он не стал массовым

Вертолёт, обслуживающий нефтяное месторождение, мог прилететь туда на топливе, привезённом за тысячи километров. Рядом при этом горели факелы попутного газа — сырья, которому не всегда находилось применение. Советские инженеры увидели возможность связать эти две задачи. Так появился Ми-8ТГ: знакомый транспортный вертолёт, для которого разработали необычную систему питания двигателей.

Зачем менять керосин на газ

Для северных посёлков, буровых и геологических экспедиций вертолёт часто был единственным транспортом, способным быстро доставить людей и грузы. Но его собственное снабжение требовало длинной цепочки перевозок. Керосин нужно было произвести, доставить в регион, разместить на складе и довезти до места заправки. В удалённых точках стоимость этой логистики заметно увеличивала цену топлива, а вместе с ней — расходы на каждый вылет.

Одновременно при добыче нефти на поверхность поступает попутный газ. Из этой смеси углеводородов можно выделить компоненты для производства авиационного топлива. Замысел состоял в том, чтобы готовить его ближе к месторождениям и заправлять работающие там вертолёты. В оценках, опубликованных ЦАГИ в 2009 году, такое горючее могло стоить в два-пять раз дешевле авиакеросина. Это была потенциальная разница в цене топлива при определённых условиях снабжения, а не обещание настолько же удешевить весь полёт.

Для проверки выбрали Ми-8 — широко распространённую машину, уже освоенную экипажами и ремонтными предприятиями. Создание совершенно нового вертолёта добавило бы к топливному эксперименту множество посторонних задач. Здесь же можно было сохранить проверенную конструкцию и сосредоточиться на двигателях, баках и подаче горючего. В случае успеха появлялась возможность переоборудовать существующую технику.

Какой газ собирались заливать в баки

В проекте использовали топливо пропан-бутанового ряда, а дальнейшая разработка получила название АСКТ — авиационное сконденсированное топливо. Оно представляет собой смесь лёгких углеводородов, в которой значительную роль играют бутаны. По происхождению продукт близок к газовому горючему для наземного транспорта, однако авиация предъявляет собственные требования к его составу и чистоте. Возможность работы на АСКТ не означала разрешения заправлять вертолёт любой смесью с автомобильной газовой станции.

АСКТ легко спутать со сжиженным природным газом, но это разные продукты. Основу природного газа составляет метан: чтобы хранить его жидким при давлении, близком к атмосферному, необходима температура около минус 162 градусов. Смеси более тяжёлых углеводородов позволяют обойтись без такого глубокого охлаждения, поддерживая подходящие температуру и давление. Поэтому Ми-8ТГ не требовал той же криогенной системы, которую применяют для жидкого метана или водорода.

Слово «газовый» также не означает, что на борту перевозили огромный объём газа в обычном состоянии. Горючее хранили в жидкой фазе, значительно сокращая занимаемое им пространство. При этом АСКТ менее плотное, чем керосин, поэтому одинаковая масса требовала более вместительных баков. Конструкторам приходилось учитывать одновременно энергетические свойства топлива, объём ёмкостей и массу оборудования.

Один двигатель на газе, второй на керосине

В 1987 году экспериментальный Ми-8ТГ прошёл лётные испытания. В работе участвовали ЦАГИ, ЦИАМ, Московский вертолётный завод имени Миля и специалисты по двигателям и топливу. Один двигатель вертолёта работал на сжиженном газовом горючем, другой сохранил питание керосином. Для первой опытной установки использовали шесть внешних топливных баков, заимствованных у автомобильной газовой техники.

Такая схема позволяла проверять новую систему поэтапно. Взлётную массу выбирали с расчётом на возможность возвращения на одном керосиновом двигателе при отказе экспериментального. По опубликованным сведениям участников проекта, газовый двигатель суммарно отработал около 50 часов, а существенной разницы в пилотировании экипаж не отметил. Проверка показала, что применение непривычного топлива не мешает вертолёту выполнять обычные для него режимы полёта.

Для перехода на новое горючее не пришлось изобретать другой принцип работы двигателя. У Ми-8Т газотурбинная силовая установка: воздух сжимается компрессором, смешивается с топливом в камере сгорания, а горячий поток вращает турбины. Через трансмиссию мощность передаётся винтам. Слово «газотурбинный» описывает рабочий процесс, поэтому такой двигатель вполне может сжигать жидкий керосин — как это и происходит на обычной машине.

Переделки касались прежде всего хранения, подачи и дозирования топлива. У него другие плотность и склонность к испарению, поэтому просто соединить дополнительный бак со штатным трубопроводом было недостаточно. Требовались подходящие насосы, арматура и изменённая автоматика, регулирующая расход в зависимости от режима двигателя. Газовая версия получила обозначение ТВ2-117ТГ; её система питания предусматривала отдельное оборудование для нового горючего.

Что давало новое топливо самому двигателю

Помимо стоимости, инженеров интересовало горение. В описании испытаний отмечалось отсутствие заметных сажистых отложений на стенках камеры сгорания и лопатках турбины. Для двигателя это полезное свойство: состояние его горячих деталей влияет на обслуживание и надёжность. Однако экспериментальная программа ещё не позволяла установить, насколько увеличится ресурс при многолетней эксплуатации, поэтому речь шла о перспективе, которую предстояло проверять.

Другим преимуществом была более высокая теплота сгорания на единицу массы: килограмм такого топлива мог выделить больше энергии, чем килограмм керосина. В материалах по проекту приводилось снижение массового расхода примерно на 5%. Это не означало пятипроцентного выигрыша по всем характеристикам вертолёта. Результат для дальности и полезной нагрузки зависел также от размеров баков, запаса горючего и массы установленной системы.

Здесь проявлялась особенность авиационной задачи. Более дешёвое и энергетически выгодное топливо нужно не только сжечь, но и поднять в воздух вместе с ёмкостями для его хранения. Увеличенные наружные баки меняют обтекание машины, а дополнительное оборудование занимает часть допустимой массы. Поэтому перспективность Ми-8ТГ определялась сочетанием характеристик, а не одним удачным показателем.

Два вида топлива на одном вертолёте

В начале 1990-х появился следующий, опытно-промышленный вариант Ми-8ТГ. Теперь оба двигателя могли использовать АСКТ, авиационный керосин и их смеси. Разработкой занимался завод имени Миля при участии компании «Интеравиагаз» и отраслевых институтов. В 1995 году машину продемонстрировали в полёте на авиасалоне МАКС.

Двухтопливность имела практический смысл для маршрутов между разными базами. Там, где производство АСКТ делало его выгодным, вертолёт мог использовать местное горючее. Возможность работать на керосине сохраняла связь с привычной системой снабжения и уменьшала зависимость от новой заправочной инфраструктуры. Это было особенно важно на переходном этапе, когда парк газовых машин и сеть их обслуживания только предстояло создать.

Лётная демонстрация подтверждала работоспособность конструкции, но сама по себе не означала готовности к массовым перевозкам. Для регулярной эксплуатации требовалось завершить испытания и процедуры допуска, организовать производство комплектующих и обслуживание. Отдельной задачей оставалось стабильное качество топлива: свойства очередной партии не должны становиться неожиданностью для двигателя. Всё это выходило далеко за пределы изготовления одного удачного экземпляра.

Почему эксперимент не превратился в массовую технику

По сведениям «Интеравиагаза», после показа на МАКС-95 предусмотренное государственное финансирование продолжения работ перестало поступать. Тем не менее идею не оставили: к ней возвращались на отраслевых мероприятиях и в последующие годы. На HeliRussia-2009 применение АСКТ обсуждали представители авиационной науки, промышленности и топливных предприятий. Однако заинтересованности отдельных участников оказалось недостаточно для общего запуска.

В интервью 2011 года ведущий инженер-конструктор ЦАГИ Вячеслав Зайцев описывал проблему взаимной зависимости. Производителям топлива нужен был гарантированный покупатель, а авиакомпаниям — доступная заправка и готовая к работе техника. Одна авиакомпания не могла оплатить всю программу разработки и внедрения. Требовалось согласовать вложения в вертолёты, производство горючего и наземное оборудование, распределив расходы между несколькими сторонами.

Технологии хранения пропан-бутановых смесей уже существовали, поэтому наземную систему не требовалось создавать с нуля. Но конкретным базам всё равно были нужны подходящие ёмкости, средства перекачки, контроль качества и подготовленный персонал. Экономию от дешёвого топлива предстояло сопоставить с этими вложениями и интенсивностью полётов. Самые благоприятные условия ожидались рядом с источниками сырья, а универсальной замены керосину для любого маршрута проект не обещал.

Ми-8ТГ показал, что знакомый вертолёт способен летать на другом углеводородном топливе без радикальной перестройки всей машины. Дальнейшая судьба разработки зависела уже от того, удастся ли одновременно обеспечить её заказами, горючим и финансированием. Двигатели научились использовать газ, но полноценная система его применения в вертолётных перевозках так и не получила массового распространения.