Новости

15

Марта

Электричество идёт на взлёт


Создание летательных аппаратов с гибридной и полностью электрической силовой установкой – одна из главных тенденций прошлого и нынешнего десятилетий в мировой авиации. Пока Россия не может похвастаться наличием сертифицированных "электролётов" – мы находимся на стадии "долго запрягаем". Но благодаря системному подходу, при котором отечественные научные организации и бизнес тщательно отрабатывают все составляющие грядущего технологического прорыва, у нас есть все шансы вскоре догнать и перегнать конкурентов. Объединённый стенд и статическая экспозиция Национального исследовательского центра "Институт имени Н.Е. Жуковского" на МАКС-2021, на площадке которого будут представлены экспозиции всех научно-исследовательских институтов, входящих в его состав (ЦАГИ, ЦИАМ, ГосНИИАС, СибНИА, ГкНИПАС), продемонстрируют инновационные разработки в области перспективной авиации и станет ярким тому подтверждением.

В ожидании технологической революции

Появление самолётов и вертолётов, не выбрасывающих в атмосферу вредные вещества, а, кроме того, взлетающих без привычного рёва двигателей, было бы с восторгом встречено жителями территорий, примыкающих к аэропортам. А если учесть, что развитие транспортной инфраструктуры мегаполисов требует освоения третьего измерения, то проблемы минимизации негативного влияния авиации на окружающую среду становятся актуальными для миллиардов жителей планеты. Электрические двигатели, конструктивно более простые, нежели газотурбинные, обещают быть надёжнее и дешевле в эксплуатации. При таком наборе достоинств у неискушённого читателя возникнет только один вопрос: а почему мы до сих пор летаем, сжигая керосин и авиационный бензин?

Длительное время проблема упиралась в несовершенство аккумуляторных батарей: они были очень тяжёлыми, боялись морозов и при этом имели ёмкость, достаточную разве что для коротких подлётов. Современные литий-ионные батареи позволяют иметь на борту запас энергии для более длительного полёта. Беспилотные летательные аппараты с полностью электрической силовой установкой уже могут держаться в воздухе часами. Идут работы и над пилотируемыми машинами, способными, кроме собственной конструкции, поднять в воздух и внушительную полезную нагрузку. Например, в 2019 году стартап Eviation представил проект Alice. Трёхдвигательный самолёт должен перевозить девять пассажиров со скоростью более 440 км/час на внушительные 1000 км. Правда, первые коммерческие полёты этой машины ещё впереди. Реально же достигнутые показатели несколько скромнее. Первый в мире сертифицированный электросамолёт Velis Electro, созданный компанией Pipistrel, предназначен для учебных полётов. Ученик и инструктор могут 45 минут отрабатывать пилотирование, после чего нужна двухчасовая зарядка аккумуляторов. Впрочем, за эти минуты самолёт может преодолеть более 120 километров. Сравните это с успехами первых аэропланов...

Электрический полёт: от МАКС-2019 к МАКС-2021

Мы это уже проходили на заре реактивной эры, когда первые самолёты с турбореактивными двигателями строились с оглядкой на поршневые машины. Так и теперь, многие авиастроители идут по простому пути установки электрической составляющей – двигателя, аккумуляторов, инверторов и системы управления – вместо традиционной силовой установки. В России такой подход используют лишь для отработки отдельных агрегатов электрической системы: тягового двигателя, генератора, системы управления и других элементов. Новинкой МАКС-2021 станет самолёт – летающая лаборатория с демонстратором гибридной силовой установки, в состав которой входит сверхпроводящий электрический авиадвигатель.

Проект создания демонстратора технологий реализуется Национальным исследовательским центром "Институт имени Н.Е. Жуковского" в рамках комплексной научно-технической платформы "Электрический летательный аппарат". Новейшие технологические решения совместно создают все ведущие научно-исследовательские центры авиационной промышленности – ЦАГИ, ЦИАМ, ГосНИИ АС, СибНИА.

Демонстратор гибридной силовой установки Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова (ЦИАМ, входит в состав НИЦ "Институт имени Н.Е. Жуковского") разрабатывает в широкой кооперации отечественных предприятий в рамках госконтракта с Минпромторгом России. Инновационный электрический авиадвигатель на высокотемпературных сверхпроводниках мощностью 500 кВт создан компанией "СуперОкс" в рамках контракта с Фондом перспективных исследований. Уникальность двигателя в том, что он использует эффект высокотемпературной сверхпроводимости, что позволяет достичь рекордно высокого КПД.

Летающая лаборатория создана СибНИА им. С.А. Чаплыгина на базе регионального самолёта Як-40. Для испытаний электродвигатель с воздушным винтом установлен в носовую часть самолёта. В хвостовой части фюзеляжа вместо штатного двигателя АИ-25 установлен турбовальный газотурбинный двигатель ТВ2-117 с высокоэффективным генератором мощностью 400 кВт. В центральной части фюзеляжа установлены литий-ионные аккумуляторные батареи.

На МАКС-2019 основные элементы будущей конструкции были представлены в виде макетов и моделей, в то время как на МАКС-2021 мы увидим летающую лабораторию со всеми установленными агрегатами. За неполные два года учёные отработали на наземных стендах ключевые узлы: электродвигатель, систему охлаждения, систему управления, генератор, затем смонтировали их на самолёте и провели наземную отработку совместной работы. Как ожидается, лётный этап испытаний начнётся уже в нынешнем году, а результатом работы, которая завершится в 2022 году, должно стать подтверждение правильности конструктивных подходов к созданию гибридных силовых установок и оценка эффективности применяемых технических решений.

Следующим этапом развития гибридных технологий должно стать использование водородного топлива. В ходе НИР "Силуэт", предлагаемой научным сообществом, будет создан демонстратор гибридной силовой установки, использующей водород. Летающая лаборатория получит криогенную систему хранения водорода, турбовальный двигатель, переведённый на водородное топливо, топливный элемент и, конечно, электродвигатель, использующий принцип высокотемпературной сверхпроводимости. Впрочем, это задел на среднесрочную перспективу – на салоны МАКС 2023 и 2025 годов. А затем мы увидим и совершенно новый "электролёт", имеющий оптимальные аэродинамическую схему и компоновочные решения, продиктованные использованием силовой установки нового типа.

Такой увидели летающую лабораторию участники и гости МАКС-2019, посетившие стенд ЦИАМ в рамках коллективной экспозиции НИЦ "Институт имени Н.Е. Жуковского".

А такой она предстала перед высокими гостями во время выкатки в феврале 2021 года. Тем временем авторы проекта готовят сюрприз – специальную ливрею, в которую Як-40 покрасят перед показом на МАКС-2021.

Масштабный кризис в мировой авиационной отрасли, спровоцированный пандемией коронавирусной инфекции, спутал все карты. Компании, которые ранее лидировали по объёму поставок авиатехники и получали колоссальную прибыль, теперь фиксируют рекордные убытки. На этом фоне шансы новичков возрастают. Главное – сделать ставки на новейшие технологии и подготовить кадры нового поколения. Одним из ключевых разделов МАКС-2021 станет Future Hub, где будет представлен взгляд в будущее. Электрификация авиации – не единственное перспективное направление. Приглашаем познакомиться с другими решениями, которые изменят наши представления о полёте!