Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Достигнуты серьёзные результаты»: как в России разрабатывается гибридный авиационный двигатель

«Достигнуты серьёзные результаты»: как в России разрабатывается гибридный авиационный двигатель

В пятницу, 5 февраля, на аэродроме Сибирского научно-исследовательского института авиации имени Чаплыгина (СибНИА) в Новосибирске начались наземные испытания демонстратора гибридной силовой установки (ГСУ), в состав которой входит первый в мире сверхпроводниковый электрический авиадвигатель.

Как рассказали RT в пресс-службе Центрального института авиационного моторостроения имени Баранова (ЦИАМ), демонстратор реализует последовательную гибридную силовую установку. Создающий тягу воздушный винт приводится во вращение электромотором, который получает энергию от аккумуляторов и от генератора, вращаемого газотурбинным двигателем (он оптимизирован под крейсерский режим полёта и будет питать как электромотор, так и аккумуляторы).

Испытания проходят на летающей лаборатории, созданной на базе пассажирского самолёта Як-40. Во время презентации инженеры проверили совместную работу всех систем самолёта, в том числе демонстратора гибридной силовой установки и штатных двигателей.

Головной исполнитель проекта гибридной силовой установки — ЦИАМ, который вместе с СибНИА, подготовившим летающую лабораторию, входит в состав Национального исследовательского центра «Институт имени Н.Е. Жуковского».

Электромотор демонстратора ГСУ был разработан специалистами ЗАО «СуперОкс» в рамках совместного проекта с Фондом перспективных исследований (ФПИ). А электрический генератор является совместным детищем ЦИАМ и Уфимского государственного авиационного технического университета.

Как сообщили в пресс-службе ФПИ, в ходе проведённых испытаний демонстратора ГСУ «подтверждена правильность выбранных электротехнических, прочностных и компоновочных решений, отмечена корректная совместная работа самолётного оборудования и ВТСП-электродвигателя» (с использованием эффекта высокотемпературной сверхпроводимости).

В Фонде перспективных исследований подчёркивают, что успешная реализация проекта в перспективе позволит изготавливать отечественные ГСУ и электроэнергетические комплексы для полностью электрических самолётов и вертолётов, «отличающихся от существующих образцов авиационной техники более совершенными эксплуатационными характеристиками».

Тенденция развития транспортной системы

Как заявил RT генеральный директор ЦИАМ Михаил Гордин, лётные испытания демонстратора ГСУ запланированы на вторую половину 2021 года. При этом инженерам предстоит провести большой объём работ, прежде чем приступить к опытно-конструкторскому этапу.

«Наверное, здесь мы, как и спортсмены, немного суеверны. Только после успешного завершения комплекса испытаний можно будет говорить о зрелости технологий ГСУ, позволяющих переходить к выполнению опытно-конструкторских работ», — сказал Гордин.

По его словам, в 2021 году пройдут испытания демонстратора ГСУ, у которого сверхпроводящим является только электрический двигатель. В 2022-м будет тестироваться опытный агрегат, у которого сверхпроводящими станут также генератор и силовая электрическая шина.

В состав текущей компоновки демонстратора ГСУ входят серийный турбовальный мотор, генератор, аккумуляторы и электродвигатель с использованием эффекта высокотемпературной сверхпроводимости проектной мощностью 500 кВт.

Проект создания гибридной силовой установки соответствует государственной политике РФ, направленной на широкое внедрение в авиационную отрасль систем электродвижения. Интеграция таких технологий позволит значительно сократить эмиссию вредных веществ, уровень шума, увеличить топливную экономичность и повысить безопасность полётов.

Как пояснили RT в пресс-службе ЦИАМ, охлаждаемый жидким азотом электромотор получает энергию от генератора (400 кВт), вращаемого газотурбинным двигателем, и блока литий-ионных аккумуляторных батарей (100 кВт).

Электромотор с воздушным винтом размещён в носовой части Як-40ЛЛ, двигатель с генератором — в хвосте самолёта (вместо штатного двигателя АИ-25). Все остальные системы ГСУ находятся в фюзеляже машины.

Практически все узлы, элементы и системы демонстратора ГСУ, за исключением газотурбинного двигателя, разработаны впервые.

Отдельно гендиректор ЦИАМ отметил продукцию компании «СуперОкс». По его словам, российская компания — один из мировых лидеров в производстве высокотемпературных сверхпроводников 2-го поколения.

Выбор в качестве базы для летающей лаборатории самолёта Як-40 Михаил Гордин объяснил достаточно скромными габаритами этой машины и наличием у неё трёх двигателей, что оптимально для установки основных элементов демонстратора ГСУ.

«Вообще для лётных испытаний авиационных двигателей традиционно используется летающая лаборатория на базе самолёта Ил-76, но это очень большой и к тому же дорогой в эксплуатации самолёт. Для наших целей мы искали самолёт поменьше. В итоге свой выбор остановили на Як-40. Он идеально подходит для поставленных нами целей», — пояснил гендиректор ЦИАМ.

В свою очередь, гендиректор Института имени Жуковского Андрей Дутов рассказал журналистам, что разработчики надеются, что уже через два года будет создана следующая летающая лаборатория на базе самолёта Ту-114, которая сможет летать на электромоторах без вспомогательных двигателей. Он добавил, что разработка не имеет аналогов в мире и к отечественным специалистам уже обращались представители компаний Siemens и Airbus с предложениями о сотрудничестве.

«Это историческое событие. На сегодняшний день в гражданской авиации технологии исчерпаны и идёт борьба за зелёную авиацию, за будущее авиации, за новые виды топлива. Это первый шаг к созданию электрического самолёта», — цитирует Дутова ТАСС.

По словам Михаила Гордина, развитие систем электродвижения — одна из тенденций развития транспортной системы как внутри России, так и в мире в целом. Топ-менеджер добавил, что программы создания и применения гибридных и электрических силовых установок реализуются всеми ведущими производителями авиационной техники.

«Гибридные и электрические силовые установки дают летательному аппарату преимущества, способные решить массу технологических проблем. Это увеличение топливной экономичности, экологичности, надёжности и безопасности», — подчеркнул Гордин.

«Требуется больше энергии»

Как полагают эксперты, российские предприятия находятся в начале пути создания гибридных авиационных двигателей. При этом испытания демонстратора ГСУ свидетельствуют о том, что у нашей страны есть все шансы стать лидером в области развития систем электродвижения для вертолётов и региональных самолётов.

«В России по этому направлению уже достигнуты достаточно серьёзные результаты. Однозначно, в этом сегменте научно-технического прогресса мы одни из первых. Сама технология гибридных и электрических двигателей прорывная. Если всё удачно сложится, то мы сможем создать турбовинтовой самолёт на электротяге», — заявил в беседе с RT заслуженный лётчик России Владимир Попов.

По словам эксперта, в перспективе Россия получит серьёзную экономическую выгоду от практической реализации концепции ГСУ: такие авиационные двигатели будут более простыми в эксплуатации и экологичными. Кроме того, самолёты будущего смогут заряжать аккумуляторы с помощью энергии Солнца.

«В дальнейшем можно размещать солнечные батареи на поверхности крыла и фюзеляжа — они будут подпитывать самолёт в полёте. Когда самолёты летают на больших высотах, за облаками, там всегда много солнца. Более того, даже в лунную ночь можно преобразовывать свет от естественного спутника Земли в электрическую энергию», — рассуждает Попов.

В то же время, как пояснили эксперты, российским инженерам предстоит решить массу сложных задач. Прежде всего, им необходимо значительно повысить ёмкость аккумуляторов и уменьшить массогабаритные характеристики ГСУ. Завершение работ на этом направлении — это перспектива 2030-х годов.

Читать еще:  Двигатель бензиновый повышенный расход масла

«Гибридная установка — это двигатель внутреннего сгорания, работающий на топливе аккумулятор и сам электродвигатель. Все эти агрегаты пока очень много весят. Соответственно, для подъёма самолёта в воздух и обеспечения более-менее далёкого полёта требуется больше энергии», — отметил обозреватель журнала «Арсенал Отечества», авиационный эксперт Дмитрий Дрозденко.

Преграды на пути создания компактной и мощной ГСУ может убрать появление более совершенных высокотемпературных сверхпроводников, подчеркнул эксперт. Появление таких материалов наряду с увеличением ёмкости аккумуляторов станет по-настоящему революционным событием, считает собеседник RT.

«В принципе, проекты с электрификацией авиации упираются в отсутствие требуемых источников питания. Когда аккумуляторы будут содержать в себе хотя бы в два раза больше энергии при том же весе, это будет прорыв. Именно над этим, как я полагаю, сегодня усердно работают российские специалисты», — резюмировал Дрозденко.

Что за самолет с электродвигателем испытывают в России?

В пятницу, 5 февраля, в Новосибирске стартовал наземный этап испытаний самолета с первым в мире сверхпроводниковым авиационным электродвигателем в составе гибридной установки. Двигатель был установлен на самолет Як-40.

Как отмечают разработчики, проект воздушного судна не имеет аналогов в мире, о желании сотрудничать уже заявили несколько крупнейших зарубежных компаний-производителей авиационной техники.

Как сообщает пресс-служба Фонда перспективных исследований, в ходе испытаний, включающих в себя запуски электрического двигателя и всех систем самолета, прошла проверка их устойчивой совместной работы. Как отмечается в сообщении, разработка позволит создать отечественные гибридные силовые установки и электроэнергетические комплексы для полностью электрических самолетов и вертолетов, которые будут отличаться от существующих образцов авиационной техники «более совершенными эксплуатационными характеристиками».

Что известно о новом электродвигателе?

Электрический двигатель мощностью 500 кВт является частью демонстратора гибридной силовой установки (ГСУ), которая разрабатывается в Центральном институте авиационного моторостроения имени П. И. Баранова (ЦИАМ, входит в состав НИЦ «Институт имени Н. Е. Жуковского»). Работа специалистов ведется в рамках госконтракта с Минпромторгом РФ.

Инновационный электрический авиадвигатель на высокотемпературных сверхпроводниках (ВТСП) был создан компанией «СуперОкс» в рамках контракта с Фондом перспективных исследований. До установки на воздушное судно он участвовал в комплексе испытаний на наземных стендах в ЦИАМ.

Работа над проектом ведется с 2016 года. Его цель — создание электроэнергетических систем на основе принципа сверхпроводимости и разработка технологии производства высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) в виде ленты (ВТСП-ленты). Более высокая плотность тока, допустимая в ВТСП-материалах, позволяет улучшить основные характеристики электродвигателей и кабелей. Так, реализация проекта даст в будущем возможность вдвое повысить удельную мощность электрических машин, а также значительно снизить расход топлива при их использовании в составе гибридных силовых установок. По словам генерального директора НИЦ «Институт имени Н. Е. Жуковского» Андрея Дутова, речь идет об уменьшении расхода топлива до 70% и существенном сокращении вредных выбросов. «Кроме того, в связи с тем, что авиационные требования к технологиям наиболее жесткие, это дает возможность их использования в других отраслях промышленности при создании новой техники», — добавляет он.

Кроме электрического двигателя на ВТСП в состав демонстратора гибридной силовой установки входит электрический генератор, который был разработан и выпущен ЦИАМ совместно с Уфимским государственным авиационным техническим университетом (УГАТУ). Генератор с выходной мощностью в 400 кВт весит 100 кг. Он прошел стендовые испытания и испытания в составе турбогенератора на базе серийного турбовального авиадвигателя.

Как проходили испытания?

Электродвигатель был установлен на самолет Як-40. Использовать именно это воздушное судно специалисты решили в 2018 году. Тогда же была создана и испытана аэродинамическая модель летающей лаборатории (разработка специалистов Сибирского научно-исследовательского института им. С. А. Чаплыгина) в аэродинамической трубе.

Перед оснащением Як-40 электродвигателем воздушное судно прошло специальную подготовку. В ее рамках два из трех маршевых двигателей заменили на современные с большей тягой. Также была доработана конструкция планера.

Для испытаний электродвигатель с воздушным винтом был размещен в носовой части Як-40. В хвостовой части фюзеляжа вместо штатного двигателя АИ-25 установили турбовальный газотурбинный двигатель с электрическим генератором. В центральной части фюзеляжа появились литий-ионные аккумуляторные батареи, которые также входят в состав ГСУ.

В конце 2020 года СибНИА вместе с ЦИАМ и ЗАО «СуперОкс» установили оборудование демонстратора технологий на борт воздушного судна. Тогда же прошли дебютные пробные запуски электрического двигателя с воздушным винтом.

В ходе испытаний на летающей лаборатории была подтверждена правильность выбранных электротехнических, прочностных и компоновочных решений, отмечена корректная совместная работа самолетного оборудования и ВТСП-электродвигателя. Также исследовались условия электромагнитной совместимости оборудования, основные режимы работы электродвигателя и таких его систем, как захолаживание, пуск, остановка и работа под нагрузкой.

Механический впрыск. Начало великой эпопеи

Появление и применение систем впрыска в авиации
Карбюраторные системы для работы под углом к горизонту необходимо дополнять множеством устройств, либо применять специально спроектированные карбюраторы. Система непосредственного впрыска авиационных двигателей — удобная альтернатива карбюраторной, так как инжекционной системе впрыска в силу конструкции безразлично рабочее положение (подача топлива осуществляется независимо от положения двигателя относительно земной поверхности).

Первый в России опытный мотор с системой впрыска был изготовлен в 1916 году Микулиным и Стечкиным.

К 1936 году на фирме Robert Bosch были готовы первые комплекты топливной аппаратуры для непосредственного впрыска бензина в цилиндры, которую через год стали серийно ставить на V-образный 12-цилиндровый двигатель Daimler-Benz DB 601. Именно этими моторами объёмом 33,9 л оснащались, в частности, основные истребители Люфтваффе Messerschmitt Bf 109. И если карбюраторный двигатель DB 600 развивал на взлетном режиме 900 л.с., то «шестьсот первый», с впрыском, позволял поднять мощность до 1100 л.c. и более. Чуть позже, в серию пошла девятицилиндровая «звезда» BMW 132 с подобной системой питания — тот самый лицензионный авиадвигатель Pratt & Whitney Hornet, который на BMW производили с 1928 года, он же устанавливался, к примеру, на транспортные самолеты Junkers Ju-52. Авиационные двигатели в Англии, США и СССР в те времена были исключительно карбюраторными. Японская же система впрыска на истребителях «Зеро» требовала промывки после каждого полета и поэтому не пользовалась популярностью в войсках.

Лишь к 1940 году, когда Советскому Союзу удалось закупить образцы новейших германских авиационных двигателей с впрыском, работы по созданию отечественных систем непосредственного впрыска получили новый импульс. Однако серийное производство советских насосов высокого давления и форсунок, созданных на основе немецких, началось лишь к середине 1942 года — первенцем стал звездообразный мотор АШ-82ФН, который ставили на истребители Ла-5, Ла-7 и бомбардировщики Ту-2. Мотор со впрыском — АШ-82ФН оказался настолько удачным, что выпускался ещё долгие десятилетия, использовался на вертолете Ми-4 и до сих пор используется на самолетах Ил-14.

Читать еще:  4пфм280мг что за двигатель

К концу войны довели до серии свой вариант впрыска и американцы. Например, двигатели «летающей крепости» Boeing B-29 тоже питались бензином через форсунки.

Применение систем впрыска в автомобилестроении
Системы управления двигателем в автомобилестроении начали применяться с 1951 года, когда механической системой непосредственного впрыска бензина производства западногерманской фирмы Bosch был оснащён двухтактный двигатель микролитражного купе 700 Sport, выпущенного небольшой фирмой Goliath из Бремена. В 1954 году появилось легендарное купе Mercedes-Benz 300 SL («Крыло чайки»), двигатель которого оснащался аналогичной механической системой впрыска Bosch. Тем не менее, до эпохи появления дешёвых микропроцессоров и введения в странах Запада жёстких требований к экологической безопасности автомобилей идея непосредственного впрыска популярностью не пользовалась и только с конца 1970-х их массовым внедрением занялись все ведущие мировые автопроизводители.

Первой серийной моделью с электронным управлением системы впрыска бензина стал седан Rambler Rebel («Бунтарь») 1967 модельного года, который выпускала фирма Nash, входившая в качестве отделения в состав концерна AMC. Нижневальная V-образная «восьмерка» Rebel объёмом 5,4 л в карбюраторном варианте развивала 255 л.с., а в заказной версии Electrojector уже 290 л.с. Разгон до 100 км/ч у такого седана занимал менее 8 с.

К концу первого десятилетия 21 века системы распределённого и прямого электронного впрыска практически вытеснили карбюраторы на легковых и легких коммерческих автомобилях.

Системы впрыска Bosch
D-Jetronic (1967-1976) — Аналоговый впрыск топлива. Изначально, система называлась Jetronic, но позже была переименована в D-Jetronic.
K-Jetronic (1973-1994) — Механический впрыск.
K-Jetronic (+turbo) — Механический впрыск совместно с турбонаддувом
K-Jetronic (Lambda) — Вариация K-Jetronic с лямбда-датчиком.
KE-Jetronic (1985-1993) — механическая система постоянного впрыска топлива, подобная системе «K-Jetronic», но с электронным блоком управления.
LE1-Jetronic, LE2-Jetronic, LE3-Jetronic (1981–1991)
LU-Jetronic (1983–1991)
LH-Jetronic (1982-1995)
Mono-Jetronic (1988-1995) — SPi Система одноточечного впрыска топлива.
Motronic (1979)
ME-Motronic (1995) с электронным дросселем
MED-Motronic (2000) с непосредственным впрыском
MEG-Motronic: интегрированная система управления коробкой передач
MEV-Motronic: интегрированный клапан Monomotronic

Системы впрыска VAG
Digifant — Система распределенного впрыска топлива.
Digijet — Система распределенного впрыска топлива.

Электросамолеты: как авиация готовится к революции

Как устроены электросамолеты

Под термином «электросамолет» понимают электрифицированный летательный аппарат. Специалисты в области авиации различают три уровня электрификации самолетов: «более электрический», «полностью электрический» и «гибридный».

«Более электрический», или самолет с повышенной электрификацией

Этот аппарат, как и обычный самолет, оснащен двигателем внутреннего сгорания. Мотор преобразует химическую энергию сгорающего топлива в механическую и создает тягу — силу, которая толкает его сквозь поток воздуха. Но большую часть работы оборудования (регулировку крыла, выпуск шасси и так далее) выполняют электроприводы. Они питаются от системы электроснабжения и преобразуют электрическую энергию в механическую.

«Полностью электрический самолет»

Летательный аппарат, у которого отсутствуют двигатели внутреннего сгорания, а все оборудование работает на электроэнергии. Для создания тяги в таких самолетах используют электродвигатели, которые питаются от аккумуляторов.

В начале 2000-х годов начался бум создания «полностью электрических самолетов», где основным источником энергии были литий-ионные аккумуляторные батареи.

Применение батарей в качестве основных источников энергии ограничивало возможности летательных аппаратов — дальность, время полета, грузоподъемность. Поэтому специалисты в области авиации стали рассматривать альтернативные варианты получения энергии. Среди них:

  • солнечные батареи — преобразуют энергию излучения в электроэнергию;
  • топливные элементы — преобразуют химическую энергию топлива в электрическую без процессов горения; чаще всего в качестве топлива используется водород.

Сергей Кравченко, руководитель проекта «Контур» Фонда перспективных исследований:

«Применение водорода обусловлено его высокими энергетическими свойствами как топлива и отсутствием загрязнения окружающей среды. Поэтому он имеет большой потенциал в области развития полностью электрических технологий».

«Гибридный самолет»

Оснащен гибридной силовой установкой. Она преобразует энергию дважды: сначала в механическую с помощью двигателей внутреннего сгорания, затем в электрическую с помощью генераторов.

Сергей Кравченко:

«Гибридный двигатель состоит из электрической части (электромотор, генератор, аккумуляторная батарея) и двигателя внутреннего сгорания, который использует химическое топливо. И если сейчас это керосин, то в будущем это будет водород, что открывает огромные перспективы для авиационной техники, разрабатываемой по технологии «полностью электрического самолета».

Кто создает и тестирует электросамолеты сегодня

Разработчики по всему миру, включая Россию, работают над созданием электросамолетов. Мы собрали примеры нескольких успешных проектов.

Стартап Kitty Hawk — персональный электросамолет

В 2017 году стартап Kitty Hawk, в который инвестирует сооснователь Google Ларри Пейдж, показал прототип первого персонального электросамолета Heaviside. Одноместный аппарат может вертикально взлетать и садиться, причем для этого ему достаточно площадки размером примерно 10х10 м.

Pipistrel — двухместный электросамолет

Компания Pipistrel представила двухместный электрический самолет Velis Electro, который прошел сертификацию Европейского агентства авиационной безопасности EASA. Аппарат получает энергию от двух аккумуляторов, развивает скорость до 181 км/ч и может находиться в воздухе до 50 мин.

MagniX и AeroTEC — самый крупный коммерческий самолет

В 2020 году компании MagniX и AeroTEC испытали самый большой коммерческий самолет Cessna Caravan 208B с электрическим двигателем. По словам исполнительного директора Роя Ганзарски, самолет может перевозить 4–5 пассажиров на расстояние до 160 км.

Siemens — электросамолет с максимальной скоростью

Компания Siemens запустила самолет Extra 330LE с электродвигателем на аккумуляторных батареях. Аппарат побил рекорд среди аналогов: во время полета в 2017 году он достиг максимальной скорости 340 км/ч.

ЦИАМ — первый пилотируемый российский электросамолет

На международной авиационной выставке МАКС-2021 Центральный институт авиационного моторостроения имени Баранова (ЦИАМ) представил первый полностью электрический пилотируемый российский самолет «Сигма-4». Он развивает максимальную скорость до 100 км/ч и рассчитан на полеты дальностью 100 км — это примерная протяженность МКАД.

ЦИАМ — летающая лаборатория с уникальной гибридной силовой установкой

На МАКС-2021 ЦИАМ также представил летающую лабораторию Як-40ЛЛ. В носовой части аппарата установлен воздушный винт, который приводится в движение электродвигателем. А электроэнергию он получает от генератора, который вращается двигателем внутреннего сгорания.

Электродвигатель создан по уникальной технологии — на высокотемпературных сверхпроводниках (ВТСП). При определенной температуре ВТСП проводят электрический ток без сопротивления и потери энергии. Это позволит увеличивать КПД двигателей: наращивать мощность и при этом снижать их массу и габариты, что важно при строительстве самолетов. Разработку двигателя проводили в рамках совместного проекта Фонда перспективных исследований и ЗАО «СуперОкс». Во время выставки МАКС-2021 летающая лаборатория совершила первый полет, в процессе которого был включен электродвигатель.

Читать еще:  Эфир жидкость для запуска двигателя

Зачем переводить авиацию на электричество

Очевидная причина повышенного спроса на электрификацию — экология. По данным Международной ассоциации воздушного транспорта IATA, на долю коммерческой авиации приходится около 2–3% выбросов углекислого газа. Причем за один короткий перелет, например из Лондона в Рим, образуется 234 кг углекислого газа на одного человека — больше, чем производят граждане некоторых стран за целый год.

Переход на электричество поможет решить экологические и другие проблемы современной авиации.

Сокращение количества выбросов в атмосферу

«Полностью электрический самолет» не создает выхлопа. Но его пока не считают абсолютно экологичными, так как производство аккумуляторов загрязняет окружающую среду, а из-за структуры и химического состава их сложно утилизировать.

Авиакомпания Airbus представила проект развития авиации будущего «Умное небо». По ее прогнозам, к 2050 году будут распространены самолеты с гибридными силовыми установками и электродвигателями. Аэропорты откажутся от двигателей внутреннего сгорания даже на земле: беспилотные электротягачи будут доставлять самолеты на взлетно-посадочную полосу и обратно. Все это поможет снизить количество выбросов в атмосферу.

Снижение затрат на топливо

Именно эта перспектива мотивирует многие крупные авиакомпании вкладывать средства в разработку электросамолетов. Расходы на топливо составляют до 30% их затрат и значительно влияют на прибыль.

В 2020 году электросамолет компаний MagniX и AeroTEC Cessna 208B совершил успешный 30-минутный полет. Исполнительный директор Рой Ганзарски отметил, что цена полета составила всего $6. А если бы они использовали обычное моторное топливо, полет обошелся бы в $300-400.

По словам главы ЦИАМ Михаила Гордина, применение гибридных силовых установок позволит в будущем уменьшить расход топлива на 70%.

Снижение количества шума

Электрические и гибридные летательные аппараты гораздо тише обычных с ДВС. Например, вертолет на высоте 500 м создает звук в 60 дБ, который по громкости можно сравнить с проезжающим мимо мотоциклом. А электросамолет Heaviside (разработка компании Kitty Hawk) во время полета на той же высоте создает звук в 38 дБ — примерно тот же уровень громкости, что и во время разговора людей.

В результате переход авиации на электричество позволит бороться с шумовым загрязнением и строить аэропорты ближе к черте города.

Снижение затрат на эксплуатацию

Электрические двигатели устроены проще двигателей внутреннего сгорания. У них меньше движущихся и соприкасающихся частей, а значит, они менее подвержены износу. Специалисты авиационной промышленности предполагают, что электрические самолеты будут реже нуждаться в техобслуживании, что снизит эксплуатационные расходы.

«Полностью электрический самолет»: в чем сложность

Первые «полностью электрические самолеты» уже существуют и проходят успешные испытания. Но говорить о том, что они станут альтернативой пассажирским лайнерам, рано. Причина в аккумуляторных батареях, которые нуждаются в улучшении.

Даже самые современные батареи уступают топливу в удельной энергоемкости — количестве энергии, которую они могут накопить. Реактивное топливо содержит примерно в 30 раз больше энергии, чем литий-ионная батарея.

Самый большой в мире пассажирский самолет Airbus A380 может пролететь 15 000 километров за один рейс и перевезти до 700 пассажиров. По подсчетам преподавателя кафедры прикладной аэродинамики университета Лафборо Дункана Уолкера, тот же самолет сможет преодолеть максимум 1 000 км с батареями в качестве источника энергии. Чтобы Airbus A380 пролетел на аккумуляторах свой максимум, ему понадобится комплект батарей весом в 30 раз больше, чем его текущий расход топлива. То есть из-за веса он просто не сможет оторваться от земли.

Кроме того, самолет с традиционными двигателями во время полета сбрасывает топливо. Так судно становится легче, поэтому расход топлива, которое необходимо для полета, уменьшается. А вес аккумуляторов остается постоянным на протяжении всего полета, даже когда заряд израсходован.

По оценкам экспертов в области авиации, для безопасных и рентабельных полетов можно будет использовать батареи с энергоемкостью 2 000 Вт·ч/кг. Сейчас это показатель не превышает 250 Вт·ч/кг, а за год энергоемкость батарей растет примерно на 3%.

Сергей Кравченко:

«По мнению специалистов, батареи как источник энергии станут коммерчески привлекательными при достижении удельной мощности 600 кВт/кг (удельная мощность — количество тока, которое может выдавать аккумулятор на единицу веса. Показатели современных батарей находятся в пределах 10 кВт/кг. — РБК Тренды).

На текущий момент 100%-го решения указанных проблем не существует. Фонд перспективных исследований в том числе работает над созданием новых аккумуляторов, систем электроснабжения и электродвижения для транспортных средств».

Какие перспективы у электрических самолетов

Очевидно, что перспективы электрифицированных самолетов напрямую зависят от прогресса в области электротехники. По мнению директора проектного комплекса «Гражданские самолеты» НИЦ «Институт имени Н. Е. Жуковского» Сергея Гальперина, коммерческий электросамолет, который мог бы летать на приличные для России расстояния только на батареях или топливных элементах, появится нескоро.

Сергей Кравченко:

«Полностью электрические самолеты вышли из стадии диковинок и в ряде стран уже успешно используются в коммерческих задачах. Ожидается, что и в России данные разработки в ближайшие годы достигнут стадии перехода от экспериментов к опытным технологиям и коммерческому использованию. Однако объем вопросов, которые мешают скорейшему массовому использованию данных типов авиационной техники, еще существенный. И это в большинстве случаев задачи по обеспечению безопасности пассажиров и окружающих объектов».

Глава ЦИАМ Михаил Гордин отметил, что в ближайшем будущем крупные пассажирские лайнеры будут использовать именно гибридные силовые установки. А полностью электрические самолеты, вероятно, найдут применение только в малой авиации из-за ограниченной дальности и вместимости пассажиров.

Сергей Кравченко:

«В среднесрочной перспективе ожидается широкое распространение летательных аппаратов с гибридной силовой установкой. Появление полностью электрических систем будет связано с успехами электрохимии. Однако текущие достижения не позволяют ожидать существенного прогресса в этой области в ближайшее время.

Рассматриваются технические решения, в которых источник электрической энергии — топливный элемент, а потребитель — электромотор. Расчеты показывают, что данная компоновка реализуема для широкого класса региональных самолетов. Именно такое решение может составить конкуренцию газотурбинному двигателю, но требуется создать и испытать данную технологию, чтобы подтвердить расчеты».

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector