Гибридная силовая установка авиация

«Будущее — за гибридными двигателями»: как новая силовая установка может изменить облик гражданской авиации в РФ

Осенью 2020 года в России начнутся лётные испытания гибридного авиационного двигателя. Об этом RT сообщил начальник отдела электрических силовых установок Центрального института авиационного моторостроения имени П.И. Баранова Антон Варюхин. Агрегат будет установлен на летающую лабораторию, которая создаётся на базе пассажирского самолёта Як-40. Предполагается, что гибридный двигатель позволит значительно уменьшить расход топлива и снизить стоимость перевозок. Мощность изделия составляет 500 кВт, но учёные планируют увеличить этот показатель.

Начальник отдела электрических силовых установок Центрального института авиационного моторостроения имени П.И. Баранова (ЦИАМ) Антон Варюхин заявил в беседе с RT, что осенью 2020 года начнутся лётные испытания перспективного гибридного авиационного двигателя. Они будут проходить на летающей лаборатории, которая в настоящее время создаётся на базе пассажирского самолёта Як-40. Машина не производится с 1981 года, но её продолжают эксплуатировать некоторые компании.

«Мы решили создать демонстратор гибридной силовой установки большой размерности. Мощность электрического двигателя, который будет крутить воздушный винт, составляет 500 кВт. Для его питания мы будем использовать генераторы (400 кВт) и аккумуляторы (100 кВт). Сейчас идут стендовые испытания, а в следующем году установим двигатель на Як-40», — рассказал Варюхин.

По словам инженера, разработка гибридной силовой установки осуществляется в «большой кооперации». В ней участвуют ЗАО «СуперОкс», НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского», Уфимский государственный авиационный технический университет, Московский авиационный институт, ООО «Экспериментальная мастерская «Наука-софт», ООО «Авиа-Турбо». ЦИАМ выступает в роли головного разработчика.

Оборудованием летающей лаборатории занимается Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С.А. Чаплыгина (СибНИА).

«Очевидный выигрыш»

Современные газотурбинные двигатели отличаются большой «прожорливостью» во время взлёта, набора высоты и посадки. В экономичном режиме проходит только крейсерский полёт. Специалисты ЦИАМ предлагают накапливать электроэнергию в период максимальной работы керосинового двигателя, а потом использовать её в режиме крейсерского полёта.

«Сейчас коллеги из СибНИА укрепляют носовую часть летающей лаборатории — обтекатель, мотораму, передний шпангоут. Также они убрали третий средний двигатель АИ-25. Вместо него будет установлен турбовальный двигатель ТВ2-117 с электрогенератором. Он наиболее прост и надёжен в эксплуатации», — рассказал Варюхин.

Особенность двигателя, который разрабатывает ЦИАМ, заключается в применении высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) второго поколения. Они используются в качестве обмоток статора — изделия, предназначенного для вращения воздушного винта.

Постоянный ток в электродвигателе вырабатывает генератор на постоянных магнитах. В этом агрегате, как говорится в буклете ЦИАМ, «заложен ряд инновационных технических решений, обеспечивающих высокий КПД и высокие удельные характеристики».

Генератор был создан учёными ЦИАМ и Уфимского государственного авиационного технического университета. Это первый в России производитель электроэнергии авиационного назначения мощностью более 150 кВт. КПД агрегата достигает 96%.

В материалах ЦИАМ сообщается, что максимальная частота вращения перспективного электродвигателя составляет 2500 оборотов в минуту, номинальное напряжение — 800 В, масса двигателя — 95 кг, диаметр — 0,45 м, длина — 0,4 м. Расход жидкого азота (для охлаждения обмоток. — RT) оценивается в 6 л/ч.

«КПД электрических двигателей на ВТСП составляет 98%. При мощностях более 500—1000 кВт удельная масса подобных электрических машин будет существенно ниже, чем у традиционных», — уточняется в материалах ЦИАМ.

Варюхин сообщил, что электродвигатель можно устанавливать на самолёты вместимостью до 20 пассажиров. Однако в будущем ЦИАМ рассчитывает спроектировать более мощную силовую установку. По словам инженера, на текущий момент важно отработать технологию электродвижения, «пусть и на стареньком Як-40».

«Создать сразу мощный двигатель очень тяжело, но мы будем двигаться к этому шаг за шагом. Гибридные технологии для силовых установок могут использоваться даже на широкофюзеляжных дальнемагистральных самолётах. Выигрыш от гибридизации может оказаться большим из-за продолжительного крейсерского полёта. Правда, требования к мощности будут совершенно иные — речь идёт о десятках мВт», — пояснил Варюхин.

ЦИАМ намерен развивать технологии электродвижения за счёт совершенствования сверхпроводников. Они позволяют существенно уменьшить массу силовой установки. По мнению специалиста, авиационная отрасль получит «очевидный выигрыш» после изобретения электродвигателя мощностью от 2 мВт. В целом использование подобных агрегатов позволит снизить стоимость перевозок на 20%, прогнозирует Варюхин.

По словам инженера, «для масштабной интеграции электродвигателей необходима тесная кооперация между разработчиками самолёта и двигателя».

«Тем не менее на некоторые типы воздушных судов уже сейчас можно устанавливать электродвигатели. Прежде всего это лёгкие учебные самолёты. В будущем электродвигателем может быть оснащён, например, Ил-114-300, производство которого сейчас разворачивается. Для этого как раз необходимо достичь мощности в 2 мВт», — подчеркнул Варюхин.

В погоне за мощностью

Опрошенные RT эксперты считают, что развитие технологий электродвижения является общемировым трендом гражданской авиации, для которой ключевое значение имеют экономичный расход топлива и повышение экологических стандартов.

«Технологии движутся в сторону уменьшения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу и экономичности. Гибридные силовые установки сейчас используются в автомобилях. Но ничего не мешает оснащать ими летательные аппараты. Естественно, этим стоит заниматься и в нашей стране», — заявил в беседе с RT обозреватель журнала «Арсенал Отечества» Дмитрий Дрозденко.

В то же время эксперт обратил внимание, что на текущий момент перспективные электродвигатели не вырабатывают мощность, необходимую для обеспечения крейсерского полёта подавляющего большинства лайнеров гражданской авиации, включая Ил-114-300.

В свою очередь, заслуженный пилот России, член комиссии при президенте по вопросам развития авиации Юрий Сытник подчеркнул в беседе с RT, что электродвигатель ЦИАМ и его модификации будут применяться в авиации лёгкого класса — в пассажирских перевозках, сельском хозяйстве и мониторинге территорий.

«Будущее — за гибридными двигателями с использованием электрических силовых установок. Сейчас не хватает мощности, но инженеры постепенно будут решать эту задачу. Это не быстрый процесс, но рано или поздно мощность электродвигателей будет эквивалентна керосиновым агрегатам», — пояснил Сытник.

По словам эксперта, «на текущем этапе появление электродвигателей способно стать стимулом для развития малой авиации, а в перспективе технологии электродвижения будут применяться на узкофюзеляжных самолётах».

Источник



Что такое гибридный самолет и когда он появится в России

Компания Airbus заявила, что планирует создать первый в мире гибридный пассажирский самолет и поднять его в воздух 2035 года. Что это за летательный аппарат, в чем его преимущества, и разрабатывается ли что-то подобное в России, разбирался «Авиадрайв».

Гибридный или электрический самолет – это летательный аппарат, обладающий гибридной или турбоэлектрической силовой установкой вместо классических газовых турбин. Такая замена позволит радикально снизить потребление энергии, шумы и вредные выбросы в атмосферу. Проблема состоит в том, что на сегодняшний день есть лишь небольшие по размеру демонстраторы таких технологий. Технологии электродвижения пока не продвинулись настолько далеко, чтобы позволить создать большой пассажирский лайнер с электродвигателями и запустить его в серию.

Как объяснял генеральный директор Центрального института авиационного моторостроения (ЦИАМ) им. П.И. Баранова Михаил Гордин, пока электрический двигатель – это «электромотор и пропеллер». На пути к созданию полностью электрического двигателя все развитые страны сейчас проходят этап разработки гибридного двигателя, у которого есть и турбина, и генератор, вырабатывающий электроэнергию. В период максимальной работы керосинового двигателя (во время взлетов и посадок) электроэнергия будет накапливаться, а потом использоваться в режиме крейсерского полета.

Второй вариант — отказ от турбины и сохранение электричества в аккумуляторах или топливных элементах. Однако пока керосин является очень эффективным источником энергии с точки зрения веса. При сжигании даже малого количества он дает такое количество энергии, которое ни одна батарея пока обеспечить не может. Но мир активно развивает все более емкие и легкие аккумуляторы и топливные элементы, работающие, например, на водороде. Работы ведутся и по весовой эффективности всего двигателя.

Отдельная проблема для электрического летательного аппарата — количество энергии, необходимое для общесамолетных нужд, и управление ее потоками. Возникает вопрос управления выделяющимся от аккумуляторов теплом, которое необходимо будет куда-то отводить.

Читайте также:  Киа спортейдж установка грм метки

Гибридная и электрическая тяга является перспективным направлением в современном авиастроении. Это одна из определяющих технологий для будущего авиации. Сейчас в мире много небольших самолетов на одного-двух человек, но все они могут летать очень недолго.

«На этапе демонстратора технологий и исследований час полета — отлично, дальше уже начинаются вопросы. Пока в мире нет ни одного электрического самолета, который мог бы перевозить пассажиров или грузы. На них летают пилоты-энтузиасты, потому что вопросы надежности такой техники еще до конца не решены. Впереди еще очень длинный путь», — рассказывал глава ЦИАМ журналистам.

В России работа над электрическими и гибридными самолетами ведется, но пока ничего, кроме моделей, не летает. Ранее Минпромторг РФ заказал работу по проектированию гибридного двигателя для перспективных летательных аппаратов.

У Национального исследовательского центра «Институт имени Н.Е. Жуковского», куда входит ЦИАМ, есть проект по созданию демонстратора гибридной силовой установки с электродвигателем на основе высокотемпературной сверхпроводимости. Макет такого двигателя можно было видеть на нескольких последних авиасалонах МАКС. Электродвигатель мощностью 500 кВт сделала по заказу Фонда перспективных исследований российская компания «СуперОкс», один из ведущих мировых производителей высокотемпературных сверхпроводников.

В основе электродвигателя — специальный проводник, охлаждаемый жидким азотом, который при температуре минус 196 °С обладает эффектом нулевого сопротивления. В результате достигается высокий КПД и существенно уменьшаются массогабаритные характеристики. Двумя такими двигателями мощностью 500 кВт каждый можно будет оборудовать региональный самолет на 19 мест.

Центральный институт авиационного моторостроения обещает, что осенью 2020 года в России начнутся летные испытания этой силовой установки. Агрегат будет установлен на летающую лабораторию, которая создается на базе пассажирского самолета Як-40.

Нужно отметить, что у России на «гибридном поприще» достаточно много именитых конкурентов. Так, помимо Airbus, о своем намерении создать гибридный самолет заявила британская компания Rolls-Royce. Работы будут вестись совместно с немецкой APUS Aero и Бранденбургским университетом технологий. Новый самолет будет использовать гибридную двигательную установку M250 Hybrid, испытания которой начались в марте 2019 года.


Турбовальный двигатель Rolls-Royce M250 является частью экспериментальной гибридно-электрической установки.

Новый гибридный самолет планируется создать по проекту APUS i-5 массой 4 тонны. Этот летательный аппарат будет выполнен по двухбалочной схеме с четырьмя электромоторами, попарно установленными на консолях крыла. Генератор в самолете будет размещен в хвостовой части фюзеляжа. Другие подробности о проекте пока не раскрываются. Ранее сообщалось, что Rolls-Royce планирует вывести M250 Hybrid на летные испытания в 2021 году.

В августе 2019 года стало известно, что шведский стартап Heart Aerospace занялся разработкой гибридного пассажирского самолета для малой авиации, на основе которого позднее планируется создать региональный пассажирский самолет. Сертификацию самолета для малой авиации планируется завершить к 2025 году.

Флагманской программой Национального аэрокосмического агентства США (NASA), посвященной электродвигателям, является летный демонстратор X-57 Maxwell. Это модифицированный двухдвигательный поршневой самолет Tecnam P2006T с распределенной силовой установкой, использование которой должно в пять раз снизить расход энергии при полете в крейсерском режиме. В долгосрочной перспективе X-57 планируется использовать как летающую лабораторию, на которой будут испытывать разные концепции гибридных силовых установок.

Свою программу по «гибридизации» самолета запустила и австрийская компания Diamond Aircraft Industries, которая в сотрудничестве с Siemens, Austro Engine и Airbus подняла в воздух первый серийный гибридный самолет еще в 2011 году.

Двухместный DA36 E-Star был оснащен электромотором мощностью 70 кВт, двигателем внутреннего сгорания Wankel мощностью 30 кВт, приводившим в действие генератор, и аккумуляторами, которые увеличивали мощность во время взлета и набора высоты.

У Airbus Group в рамках изучения электрических силовых установок был создан демонстратор технологий E-Fan, который поднялся в воздух в 2014 году, а спустя какое-то время пересек Ла-Манш, став первым самолетом на электрической тяге, который это сделал.

Источник

Как гибридная силовая установка может изменить облик гражданской авиации

Осенью 2020 года на летающей лаборатории самолёта Як-40 начнутся лётные испытания гибридного авиационного двигателя. Об этом сообщает телеканал Russia Today со ссылкой на начальника отдела электрических силовых установок Центрального института авиационного моторостроения имени П.И. Баранова Антона Варюхина.

Предполагается, что гибридный двигатель позволит значительно уменьшить расход топлива и снизить стоимость перевозок. Мощность изделия составляет 500 кВт, но учёные планируют увеличить этот показатель.

«Мы решили создать демонстратор гибридной силовой установки большой размерности. Мощность электрического двигателя, который будет крутить воздушный винт, составляет 500 кВт. Для его питания мы будем использовать генераторы (400 кВт) и аккумуляторы (100 кВт). Сейчас идут стендовые испытания, а в следующем году установим двигатель на Як-40», — рассказал Варюхин.

По словам инженера, разработка гибридной силовой установки осуществляется в «большой кооперации». В ней участвуют ЗАО «СуперОкс», НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского», Уфимский государственный авиационный технический университет, Московский авиационный институт, ООО «Экспериментальная мастерская «Наука-софт», ООО «Авиа-Турбо». ЦИАМ выступает в роли головного разработчика.

Оборудованием летающей лаборатории занимается Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С.А. Чаплыгина (СибНИА).

Современные газотурбинные двигатели отличаются большой «прожорливостью» во время взлёта, набора высоты и посадки. В экономичном режиме проходит только крейсерский полёт. Специалисты ЦИАМ предлагают накапливать электроэнергию в период максимальной работы керосинового двигателя, а потом использовать её в режиме крейсерского полёта.

«Сейчас коллеги из СибНИА укрепляют носовую часть летающей лаборатории — обтекатель, мотораму, передний шпангоут. Также они убрали третий средний двигатель АИ-25. Вместо него будет установлен турбовальный двигатель ТВ2-117 с электрогенератором. Он наиболее прост и надёжен в эксплуатации», — рассказал Варюхин.

Особенность двигателя, который разрабатывает ЦИАМ, заключается в применении в качестве обмоток высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) второго поколения.

Постоянный ток вырабатывает генератор на постоянных магнитах. В этом агрегате, как говорится в буклете ЦИАМ, «заложен ряд инновационных технических решений, обеспечивающих высокий КПД и высокие удельные характеристики».

Генератор был создан учёными ЦИАМ и Уфимского государственного авиационного технического университета. Это первый в России производитель электроэнергии авиационного назначения мощностью более 150 кВт. КПД агрегата достигает 96%.

В материалах ЦИАМ сообщается, что максимальная частота вращения перспективного электродвигателя составляет 2500 оборотов в минуту, номинальное напряжение — 800 В, масса двигателя — 95 кг, диаметр — 0,45 м, длина — 0,4 м. Расход жидкого азота для охлаждения обмоток оценивается в 6 л/ч.

«КПД электрических двигателей на ВТСП составляет 98%. При мощностях более 500—1000 кВт удельная масса подобных электрических машин будет существенно ниже, чем у традиционных», — уточняется в материалах ЦИАМ.

Варюхин сообщил, что электродвигатель можно устанавливать на самолёты вместимостью до 20 пассажиров. Однако в будущем ЦИАМ рассчитывает спроектировать более мощную силовую установку. По словам инженера, на текущий момент важно отработать технологию электродвижения, «пусть и на стареньком Як-40».

«Создать сразу мощный двигатель очень тяжело, но мы будем двигаться к этому шаг за шагом. Гибридные технологии для силовых установок могут использоваться даже на широкофюзеляжных дальнемагистральных самолётах. Выигрыш от гибридизации может оказаться большим из-за продолжительного крейсерского полёта. Правда, требования к мощности будут совершенно иные — речь идёт о десятках МВт», — пояснил Варюхин.

ЦИАМ намерен развивать технологии электродвижения за счёт совершенствования сверхпроводников. Они позволяют существенно уменьшить массу силовой установки. По мнению специалиста, авиационная отрасль получит «очевидный выигрыш» после изобретения электродвигателя мощностью от 2 МВт. В целом использование подобных агрегатов позволит снизить стоимость перевозок на 20%, прогнозирует Варюхин.

По его словам, «для масштабной интеграции электродвигателей необходима тесная кооперация между разработчиками самолёта и двигателя».

«Тем не менее на некоторые типы воздушных судов уже сейчас можно устанавливать электродвигатели. Прежде всего это лёгкие учебные самолёты. В будущем электродвигателем может быть оснащён, например, Ил-114-300, производство которого сейчас разворачивается. Для этого как раз необходимо достичь мощности в 2 МВт», — подчеркнул Варюхин.

Читайте также:  Установка для проверки перчаток

Источник

Крейсерский полет

Так называется наиболее оптимальный режим преодоления воздушного пространства с постоянной скоростью, которую летательный аппарат поддерживает большую часть своего пути с минимальным расходом топлива.

Как сделать наиболее экономичным весь полет, включая взлет и посадку, увеличив при этом ресурс силовой установки крылатой машины? Такую задачу ставят перед собой российские конструкторы.

Гибридизация

Понятие гибридной силовой установки (ГСУ) получило активное развитие благодаря автопрому, где уже используется в качестве двигателя некий симбиоз тепловых и электрических машин. Суть явления в том, что автомобиль приводится в движение благодаря их совместной работе.

Пришло время ГСУ и для авиационной отрасли. Как отмечают ее представители, КПД газотурбинных двигателей, которые и отвечают за мощность силовых установок самолетов и вертолетов, обеспечивая привод винтов, близок к своему пределу. В качестве дальнейших перспектив специалисты предлагают новую технологию — гибридную силовую установку на основе газотурбинного привода и электромотора. В этом случае электрический двигатель играет вспомогательную роль.

Как это происходит? Известно, что на взлете самолета все его системы работают с повышенными нагрузками. Затем движение выравнивается и приобретает стабильный характер, комфортный и для пассажиров, которым в это время позволяется вставать с кресел, и, с точки зрения технических расходов, для самой машины, идущей на одной скорости. Такой режим полета называется крейсерским. И он единственный наиболее комфортный для летательного аппарата. Применение гибридного принципа позволит обеспечивать работу газотурбинного двигателя на максимально эффективном для него уровне в течение всего полета. Разработать новую конструкцию планируется в Петербурге на площадке «ОДК-Климов», входящего в госкорпорацию «Ростех».

В чем преимущества гибридного самолета или вертолета? В том, что замена классических силовых установок на ГСУ позволит значительно снизить потребление энергии, уровень шумов и количество выбросов в атмосферу. Экономия топлива, увеличение ресурса, когда материальная часть изнашивается меньше, — вот те показатели, к которым стремятся разработчики. Недостаток мощности газотурбинного мотора компенсируется электродвигателем, объясняет заместитель генерального конструктора «ОДК-Климов» Ирина Сморчкова.

Как отмечает проректор Санкт-Петербургского Политехнического университета доктор технических наук Виталий Сергеев, авиационному двигателю важно работать в режиме, близком к «номиналу». И электромотор может позволить приблизить работу газотурбинной установки к оптимальному режиму.

Будущее за теми, кто располагает подобными преимуществами. В частности, забота об экологии — один из важнейших поводов для конкурентной борьбы на авиационном рынке, подчеркивает заместитель директора программы разработки перспективного вертолетного двигателя «ОДК-Климов» Михаил Шемет. Например, на «рулежке» в аэропорту можно использовать чисто электрическую тягу, когда нет никаких выбросов.

Подпитка электроэнергией решает многое, и проектирование электрических машин под авиационные нужды началось. Но когда конструкторы пытаются решить задачу повышения эффективности авиалайнеров с помощью энергии аккумуляторов, вес батарей неизменно сводит все усилия разработчиков на нет. Ведь в авиации жесткие весовые ограничения.

Искусственный интеллект

В реальности существуют лишь небольшие сверхлегкие самолеты с несколькими посадочными местами, работающие исключительно на электрической тяге. Как рассказал директор Центрального института авиационного моторостроения Михаил Гордин, пока в мире нет ни одного электрического коммерческого самолета, способного перевозить пассажиров или грузы. Между тем перед отечественными разработчиками ставится задача сформировать концепт ГСУ для легкой авиации, используемой, скажем, в гражданских целях на местных авиалиниях дальностью до 250 км или для решения военных задач. И здесь уже одной электротягой не обойтись. Слишком тяжелые получатся аккумуляторы. В этом смысле энергетика электричества на порядок уступает энергетике керосина. Бак с керосином и газотурбинный двигатель значительно легче, чем электрический с батареями. Поэтому гибридная технология становится оптимальной комбинацией для легких вертолетов и самолетов. Примечательно, что для каждого конкретного летательного аппарата она определяется отдельно, позволяя найти лучший вариант с увеличением эксплуатационных ресурсов, уменьшением расхода топлива и сокращением выбросов.

Повысить экономичность современных двигателей станет возможным и за счет внедрения искусственного интеллекта, задача которого — управление системами ГСУ, в том числе подачей топлива и перераспределением энергии, считает профессор Виталий Сергеев. Что, безусловно, будет способствовать надежности эксплуатации машины.

Применение искусственного интеллекта выводит гибридную технологию на принципиально новый уровень технического прогресса. И заинтересованность государства в инновационном развитии могла бы стать поддержкой в начинании. Сейчас российские специалисты приступили к научно-исследовательским работам по созданию гибридной силовой установки в инициативном порядке. Включение этой инициативы в одну из госпрограмм стало бы логичным продолжением экономической политики, необходимой для выхода новой отечественной продукции на международный рынок и укрепления обороноспособности страны.

Ближайшая задача — объединить все научно-производственные силы для разработки конкурентоспособного продукта, собрав вместе не только представителей авиапрома, но и всех смежников, включая электронную и энергетическую промышленность, с участием министерства обороны. Интегратором и локомотивом в этой работе станет «ОДК-Климов». Для подготовки технических решений предстоит определить конкретный объект применения установки нового поколения, что особенно важно для создания ее конструкции.

Зачем нужен такой летательный аппарат, сверхнасыщенный суперсистемами? Прежде всего, для совершенствования способов диагностики воздушного судна, возможности получать онлайн-информацию прямо во время полета по всем необходимым характеристикам. Экспресс-анализ позволит, не дожидаясь авиационного происшествия, оперативно устранять проблему, проведя локальный ремонт. Предсказательная диагностика станет гарантией безопасности полета.

По мнению экспертов, ГСУ будет востребована в различных отраслях. Ее производственная платформа может быть разной, начиная с беспилотников, заканчивая бронетехникой и аэротакси. Гибридизация, считают разработчики, дает возможность по-другому подойти к конструированию самого летательного аппарата, открывая широкие и порой неожиданные перспективы.

Источник

ТЕХНОЛОГИИ, ИНЖИНИРИНГ, ИННОВАЦИИ

Измеритель диаметра, измеритель эксцентриситета, автоматизация, ГИС, моделирование, разработка программного обеспечения и электроники, БИМ

ТЕХНОЛОГИИ, ИНЖИНИРИНГ, ИННОВАЦИИ

Гибридные силовые установки в авиации: разработки и перспективы

Картинки по запросу X-57 MaxwellНа фото: проект гибридного летательного аппарата, получившего название X-57 Maxwell, на которым работает NASA. Гибридные силовые установки с использованием электроэнергии позволят решить проблему недостаточной емкости аккумуляторных батарей. В ближайшей перспективе с их помощью можно будет экономить энергию и сокращать выбросы вредных веществ. Они позволят отказаться от традиционных схем и воспользоваться преимуществами электрификации. Вот несколько подобных проектов.

Картинки по запросу NASA X-57 MAXWELL

NASA X-57 MAXWELL

Флагманской программой Национального аэрокосмического агентства США (NASA), посвященной электродвигателям, является летный демонстратор X-57 Maxwell. Это модифицированный двухдвигательный поршневой самолет Tecnam P2006T с распределенной силовой установкой, использование которой должно в пять раз снизить расход энергии при полете в крейсерском режиме. В долгосрочной перспективе X-57 планируется использовать как летающую лабораторию, на которой будут испытывать разные концепции гибридных силовых установок.

Экономить энергию самолету позволяют три конструктивных особенности. Во-первых, это электрические двигатели мощностью 85 кВт, установленные вместо поршневых и используемые для полета в крейсерском режиме. Во-вторых, это винты для крейсерского режима полета. Ради усиления эффективности их установят на законцовках крыла в зоне возникновения завихрений. В-третьих, это винты, размещенные на передней кромке крыла. На небольшом крыле с низким уровнем аэродинамического сопротивления они позволят увеличить подъемную силу на низких скоростях.

NASA продемонстрирует эти особенности по очереди. Сначала X-57 полетит с электродвигателями. Их поставят вместо поршневых установок, оставив оригинальные мотогондолы и сохранив конструкцию крыла. Полет запланирован на начало 2018 г. Затем самолет полетит с небольшим крылом высокого удлинения. На его законцовки поставят моторы для крейсерского режима полета. На последнем этапе на передней кромке крыла установят 12 моторов, которые должны будут увеличить подъемную силу.

Их использование призвано продемонстрировать, что с увеличением подъемной силы самолет с маленьким крылом будет иметь столь же невысокую минимальную скорость (скорость сваливания), что и самолет с оригинальным крылом P2006T. Для снижения аэродинамического сопротивления в крейсерском режиме полета винты будут складываться. На X-57 установят аккумуляторы, однако в скором времени NASA приступит к наземным испытаниям новой системы питания для экспериментальных самолетов на основе топливных элементов.

Читайте также:  Установка магнитолы sony ford focus

Проект FueLeap основан на использовании твердооксидных топливных элементов (solid oxide fuel cell, SOFC), которые вырабатывают электричество, соединяя водород из авиационного топлива с кислородом из воздуха. Возможностей SOFC будет хватать для обеспечения самолета энергией в крейсерском режиме полета и для подзарядки аккумуляторов. Последние предназначены для увеличения мощности при взлете и во время экстренных ситуаций. Такая система питания должна быть на 60% эффективнее существующих.

В NASA полагают, что затраты на топливо можно будет снизить более чем на 50%. Примерно на столько же планируется сократить выбросы диоксида углерода. Эмиссию оксидов азота можно будет вообще свести к нулю. В NASA также думают над гибридными силовыми установками с криогенным охлаждением, предназначенными для малых самолетов.

В качестве топлива для них планируется использовать сжиженный природный газ; с его же помощью будет охлаждаться электромотор. Поскольку электрические механизмы более эффективны при низких температурах, криогенное охлаждение повышает их мощность. Таким образом, на аэротакси на одного–двух пассажиров можно будет ставить компактные и легкие моторы.

PIPISTREL HYPSTAIR

Летный демонстратор Pipistrel Hypstair

В Евросоюзе в рамках научно-исследовательской программы Hypstair завершены наземные испытания самого мощного существующего гибридного авиадвигателя. Программа Hypstair, возглавляемая словенским производителем легких самолетов Pipistrel, была трехлетним проектом стоимостью 6,5 млн евро, который завершился наземными испытаниями силовой установки мощностью 200 кВт, интегрированной в фюзеляж легкого самолета.

Hypstair представляет собой гибридную установку, в которой используется двигатель внутреннего сгорания, приводящий в действие генератор. Сам генератор вместе с аккумуляторами обеспечивает энергией электромотор, соединенный с винтом низкой частоты вращения. Самолет сконструирован на базе четырехместной модели Panthera от Pipistrel.

Предполагается, что рулить машина будет только с использованием электроэнергии, взлетать и набирать высоту — с помощью генератора (для усиления мощности будут использоваться аккумуляторы), с его же использованием — лететь в крейсерском режиме и снижаться перед посадкой (попутно генератор будет заряжать аккумуляторы), а садиться и рулить — снова только на электроэнергии от батарей. Мотор Siemens весит 45 кг, его максимальная мощность составляет 200 кВт.

Постоянная мощность двигателя, независимо от температуры и плотности воздуха, — 150 кВт. Система аккумуляторных батарей весит 110 кг. Имея полезную емкость в 13 кВт⋅ч, батареи поддерживают постоянную мощность в 200 кВт. Поршневой двигатель Rotax 912 с турбонаддувом, в котором редуктор заменен генератором, выдает 100 кВт электрической мощности. При мощности 100 кВт на крейсерском режиме Panthera развивает скорость в 160–170 узлов, говорят в Pipistrel.

В резервных целях генератор и электромотор оснащены двумя обмотками каждый. Отказоустойчивость обеспечивается за счет установки четырех преобразователей. Каждая обмотка генератора обеспечивает энергией два преобразователя/контроллера, один аккумулятор и одну обмотку электромотора. При отказе одной обмотки генератора или электромотора, либо если происходит поломка преобразователя или контроллера, для использования доступно только 100 кВт энергии.

При отказе аккумулятора мощность силовой установки составляет 75 кВт, при поломке двигателя внутреннего сгорания — 120 кВт. Электромотор и генератор крепятся в тех же точках, что и поршневой двигатель. Двигатель с жидкостным охлаждением имеет встроенный подшипник винта, интегрированный гидравлический регулятор винта, а также механические насосы масляной системы и системы охлаждения. Аккумуляторы с воздушным охлаждением установлены внутри крыла и оснащены активной системой управления для предотвращения теплового разгона.

Для эксплуатации гибридных установок Hypstair разработала новые элементы управления и дисплеи. К ним относится рычаг управления мощностью, который обеспечивает тактильную обратную связь. Низкое сопротивление при перемещения рычага указывает на зарядку аккумуляторов, высокое — на то, что батарея разряжается. По мере перемещения рычага и увеличения мощности на него передаются толчки.

Первый обозначает, что батарея перешла из состояния зарядки в режим расхода энергии, второй — что она вошла в режим увеличения мощности. Шероховатость движений свидетельствует о низком заряде батареи, и чем она сильнее — тем ниже заряд. Программа Hypstair была завершена в конце августа в рамках европейской исследовательской программы Framework 7.

По итогам наземных испытаний планера Panthera достигнут четвертый уровень готовности технологий. В Pipisitrel надеются, что в будущем в рамках одного из европейских проектов она получит финансирование на летные испытания.

ONERA AMPERE

Проект летательного аппарата Onera Ampere

Ampere — внутренний проект французского аэрокосмического исследовательского агентства Onera, запущенный в 2015 г. для исследования распределенной электрической силовой установки и рассчитанный на три года. Прототип самолета оснащен “гиперраспределенной” силовой установкой, в которой используется от 32 до 40 электрических туннельных вентиляторов, установленных на передней кромке крыла, где они обеспечивают тягу и увеличивают подъемную силу.

В Onera рассчитывают создать персональный самолет, способный перевозить четырех человек на 400–500 км примерно за два часа. Воздушное судно должно быть оснащено упрощенной системой пилотирования и навигации, а также быть малошумным, поскольку летать на нем планируется с городских аэродромов. В середине октября Onera планировала приступить к испытаниям масштабной модели (1:5) в аэродинамической трубе, расположенной в Лилле на севере Франции.

Вместе с распределенной силовой установкой в рамках проекта идет разработка элементов управления гибридного самолета. Они представляют собой комбинацию из обычных аэродинамических поверхностей и электрических туннельных вентиляторов, которая позволит снизить энергопотребление и ограничить массу. Прототип обладает архитектурой распределенного электропитания с гибридными источниками энергии, разделенными на 8–10 модулей, каждый из которых состоит из топливных элементов с протонообменной мембраной и литий-ионных аккумуляторов.

Такая схема позволяет сделать силовую установку отказоустойчивой и обеспечивает нулевые выбросы во время эксплуатации, говорят в Onera. К другим особенностям проекта относится гибридный металлокомпозитный планер, использование которого облегчает прокладку электропроводки, минимизирует проблемы с электромагнитной совместимостью и улучшает терморегулирование.

РЕГИОНАЛЬНЫЙ САМОЛЕТ ЦАГИ

Проект регионального самолета ЦАГИ

Российский Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ) разрабатывает концепцию легкого регионального самолета с распределенной электрической силовой установкой, способного совершать короткие взлет и посадку. Для увеличения подъемной силы на малых скоростях крыло обдувается струями от нескольких воздушных винтов, установленных на его передней кромке. Часть винтов в крейсерском полете убирается, что позволяет увеличить скорость, а также уменьшить аэродинамическое сопротивление и расход топлива, пояснили в ЦАГИ.

AIRBUS E-FAN

В рамках изучения электрических силовых установок Airbus Group подняла в воздух демонстратор технологий E-Fan в гибридной конфигурации. E-Fan 1.2 оснащен двигателем внутреннего сгорания, установленным за кабиной пилотов и достаточно мощным для питания двух электрических туннельных вентиляторов, поддерживающих крейсерскую скорость полета.

Одновременно он подзаряжает аккумуляторы, которые используются во время взлета и посадки для снижения уровня шума. В сотрудничестве с французским производителем самолетов АОН Daher-Socata Airbus приступил созданию двухместного летательного аппарата E-Fan 2.0. Первый полет запланирован на 2017 г., начало эксплуатации — на 2018 г. Однако что будет дальше, остаются неясным. Сообщается, что компания интересуется выпуском более крупных самолетов, чем изначально запланированные четырехместные гибридные E-Fan 4.0.

DIAMOND AIRCRAFT

Австрийская компания Diamond Aircraft Industries в сотрудничестве с Siemens, Austro Engine и Airbus подняла в воздух первый серийный гибридный самолет в 2011 г. Двухместный DA36 E-Star был оснащен электромотором мощностью 70 кВт, двигателем внутреннего сгорания Wankel мощностью 30 кВт, приводившим в действие генератор, и аккумуляторами, которые увеличивали мощность во время взлета и набора высоты.ъ

Впоследствии компания объявила, что в рамках долгосрочного сотрудничества с Siemens и Airbus берется за исследование электрических силовых установок. В 2015 г. Diamond обнародовала планы по созданию легкого гибридного самолета на базе четырехместного поршневого DA40. Тогда же она анонсировала разработку шестиместного гибридного конвертоплана с четырьмя винтами, двумя моторами Siemens и двумя дизельными двигателями Austro. Другие подробности об этом проекте не разглашаются.

Источник

Adblock
detector