Электрические самолёты представляют собой перспективное направление в авиации, но их широкое внедрение пока ограничивается несколькими ключевыми факторами. Один из основных вызовов – разработка аккумуляторов достаточной мощности и ёмкости, способных обеспечить безопасные полёты на большие расстояния. В настоящее время создание таких батарей представляет серьёзные технические трудности.
Беспилотные летательные аппараты с небольшой полезной нагрузкой и коротким временем полёта на электромоторах уже успешно используются, но перевозка людей на электрических пассажирских самолётах – это совсем иная задача. Аккумуляторы, способные поднять в воздух пассажирский самолёт, должны быть не только высокоэффективными и энергоёмкими, но и иметь удовлетворяющие характеристики мощности и массы.
Трудно представить, какого размера должны быть аккумуляторы, чтобы обеспечить полёт на стандартное расстояние такому самолёту, как, например, «Суперджет 100». Помимо технических аспектов, встаёт вопрос и о пространстве для размещения пассажиров. Учитывая габариты существующих на сегодняшний день батарей и их массу, оставить достаточно места для 100 кресел в салоне представляется пока невыполнимой задачей.
Почему электросамолёты на аккумуляторных батареях не изменят в ближайшем будущем облик авиаотрасли
В контексте электромобилей для авиации виден аналогичный путь развития. Долгое время высокая стоимость и низкая ёмкость аккумуляторов были барьером для создания электромобилей, способных конкурировать с транспортными средствами на двигателях внутреннего сгорания. Тем не менее, с прогрессом в области технологий накопления и сохранения электроэнергии и снижением стоимости аккумуляторов, ситуация начинает меняться.
Выбор между электрическими и традиционными газотурбитнными двигателями в авиации аналогичен тем вызовам, с которыми сталкивались автопроизводители. Расстояние, на которое может улететь воздушное судно и надежность полета, делает однозначный выбор в пользу традиционных двигателей, учитывая, что батареи занимают значительно больше места и имеют бОльшую массу, чем топливные системы.
Но существуют и другие подходы к снижению использования и полному отказу от ископаемого топлива – это водородное топливо и гибридные авиадвигатели. Водородные технологии предоставляют альтернативу батареям, хотя также имеют свои технические и инфраструктурные вызовы. Гибридные решения, объединяющие электрические и традиционные технологии, могут стать переходным этапом к более экологичной авиации.
Гибридное будущее: Михаил Гордин о тенденциях развития авиационных двигателей
Гибридными силовыми установками (ГСУ) занимаются все ведущие производители авиадвигателей: Pratt & Whitney, General Electric, Rolls-Royce, Safran, не стоит в стороне и российская Объединённая двигателестроительная корпорация. Несмотря на различия в характеристиках разрабатываемых ГСУ, все они имеют общую черту – сочетание теплового и электрического двигателей. Летом 2023 года ОДК, например, представила на форуме «Технопром» демонстратор гибридной силовой установки мощностью 500 кВт, созданной на основе турбовального двигателя ВК-650В.
Применение в составе ГСУ именно турбовального двигателя объясняется необходимостью использования всей полезной мощности для вращения электрогенератора. Поэтому турбовальный двигатель с точки зрения эффективного преобразования механической мощности в электрическую является наилучшим выбором для применения в гибридных силовых установках. По сути, энергоузел, т.е. турбовальный двигатель с генератором, – это электростанция, которая предназначена для электропитания моторов, вращающих воздушные винты.
Самолёт Як-40ЛЛ совершил первый полёт с работающей гибридной силовой установкой
В оптимальном режиме работы турбовальный двигатель вращает вал генератора, вырабатывающего электрический ток, который, в свою очередь, передаёт её на аккумуляторы и электродвигатели самолёта через специальную электрическую систему. Во время крейсерского полёта электродвигатели питаются только от генератора, а избыток энергии направляется на зарядку аккумуляторов. В режиме взлёта, когда двигатели испытывают повышенную нагрузку, дополнительная мощность подключается от батарей. Такая конструкция ГСУ обеспечивает стабильную генерацию мощности, повышает топливную эффективность ВК-650В и позволяет сохранить его ресурс на оптимальном режиме, т.к. он используется не для создания тяги, а только для выработки электроэнергии.
Однако самое интересное в гибридных силовых установках – их способность обеспечивать безопасность полётов. Аккумуляторы играют важную роль в случае отказа турбовального двигателя, так как они могут мгновенно обеспечить необходимой энергией электромоторы, что даст возможность самолёту продолжить полёт и выполнить посадку.
«Осталось только дождаться, когда мы сможем увидеть первые полноценные летательные аппараты с ГСУ. У этой технологии большой потенциал применения – от беспилотников до пассажирских самолётов и вертолётов. Конечно, ГСУ вряд ли смогут сразу вытеснить другие силовые установки из авиации, но уже сегодня их возможности привлекают разработчиков из разных стран», – прокомментировали сайту «Авиация России» ход работ по созданию ГСУ в Объединённой двигателестроительной корпорации.
Таким образом, гибридные силовые установки не только обеспечивают безопасность полётов, но и снижают отрицательное воздействие на экологию, а также повышают экономическую эффективность эксплуатации воздушного судна.
(5 оценок, среднее: 4,60 из 5)
Загрузка...