Як-40ЛЛ — демонстратор гибридной силовой установки

5 февраля 2021 года на аэродроме Новосибирского авиазавода им. В. П. Чкалова с прилегающей к нему территории Сибирского научно-исследовательского института авиации (СибНИА) им. С. А. Чаплыгина состоялась выкатка самолёта-лаборатории Як-40ЛЛ с бортовым номером RA-87251.

Это воздушное судно было выпущено в 1973 году на Саратовском авиазаводе. Отлетав два десятка лет на регулярных линиях Литовского управления гражданской авиации СССР, в 1993 году этот Як-40 сменил регистрацию с СССР-87251 на RA-87251 и был передан в СибНИА. Самолёт использовался для лётных проверок и отработки систем, служил самолётом-калибровщиком радиотехнических средств посадки. В 2018 году было принято решение использовать его для испытаний электрического авиационного двигателя на высокотемпературных сверхпроводниках (ВТСП) мощностью 500 кВт. Но прежде самолёт должен был пройти значительную переделку.

 

Штатно на обычном Як-40 стоят три турбореактивных двигателя АИ-25 (каждый имеет максимальную взлётную тягу 1500 кгс, крейсерскую - 452 кгс). Два из них стоят на боковых пилонах в хвостовой части фюзеляжа, а третий – внутри хвостовой части фюзеляжа с S-образным воздухозаборником. В том же 2018 году была создана аэродинамическая модель летающей лаборатории с демонтированным третьим двигателем, прошли её испытания в аэродинамической трубе. У борта RA-87251 боковые двигатели АИ-25 заменили на более мощные Garrett TFE731 производства фирмы Honeywell Aerospace, их тяги хватает для взлёта, полёта и посадки Як-40. На место третьего двигателя на специальной раме установили турбовальный газотурбинный двигатель ТВ2-117.

Элементы гибридной силовой установки внутри Як-40ЛЛ. Фото с сайта ФПИ.

На валу турбины двигателя ТВ2-117 был установлен электрогенератор на постоянных магнитах. Генератор разработали и создали в ЦИАМ совместно с Уфимским государственным авиационным техническим университетом (УГАТУ). Он – главный источник питания для электродвигателя. КПД агрегата достигает 96%. При вращении турбины с частотой 1200 об/мин, генератор способен вырабатывать постоянный ток мощностью до 400 кВт. Для питания 500-киловатного электродвигателя недостающие 100 кВт дают литий-ионные аккумуляторные батареи, установленные в центральной части фюзеляжа «Яка». Между батареями и двигателем стоит токоограничивающее устройство.

Серьёзной доработке подверглась и носовая часть самолёта RA-87251. В обтекателе вместо бортовой РЛС был установлен демонстратор гибридной силовой установки – электрический авиадвигатель на ВТСП. Его разработала и создала компания «СуперОкс», базирующаяся в московском технопарке «Слава» в районе метро «Калужская». Работа над двигателем велась в рамках контракта с Фондом перспективных исследований (ФПИ). Комментируя участие ФПИ в работах, его генеральный директор Андрей Григорьев отметил: «Реализуемые технологии открывают возможности по созданию полностью электрических летательных аппаратов».

Особенность двигателя заключается в применении в качестве обмоток статора высокотемпературных сверхпроводников второго поколения. Максимальная частота вращения ротора электродвигателя составляет 2500 об/мин, номинальное напряжение – 800 В. Электромотор имеет диаметр 0,45 м, длину 0,4 м, его масса составляет 95 кг. По сообщению ЦИАМ, КПД электродвигателя составляет 98%.

«Энергоэффективный двигатель для авиации – это то, над чем сегодня работают все ведущие авиаконцерны мира, – говорит генеральный директор "СуперОкс" Сергей Самойленков. – Мы были первые, кто создал такой двигатель с применением ВТСП-технологии, первые показали его высокую эффективность. И сегодня мы первые приступаем к его испытаниям в составе летающей лаборатории. ВТСП позволяет в разы снизить массу электрических машин. Применение электродвижения в авиации снизит шум и потребление топлива. В перспективе 15-20 лет по мере усовершенствования технологий экономия может составить до 75%».

Проект стартовал в декабре 2016 года. Разработка ВТСП-двигателя опиралась на многолетние исследования и испытания, проведённые в «СуперОкс»: были изготовлены сотни прототипов обмоток, испытаны около десяти образцов двигателей разной мощности. В декабре 2018 года на московской площадке ЦИАМ начались испытания ВТСП-электродвигателя под нагрузкой. Комплексные стендовые испытания гибридной силовой установки прошли в термобарокамере в СибНИА в октябре 2020 года. В конце 2020 года СибНИА совместно с ЦИАМ и «СуперОкс» установили оборудование демонстратора технологий на борт Як-40. Тогда же были выполнены первые пробные запуски электрического двигателя с воздушным винтом.


Лётные испытания гибридной силовой установки на Як-40ЛЛ планируется начать во второй половине 2021 года и завершить уже в 2022-м. На «Яке» пока идут испытания демонстратора, у которого сверхпроводящим является только электрический двигатель. В 2022-м будет тестироваться опытный агрегат, у которого сверхпроводящими станут также генератор и силовая электрическая шина. Испытания позволят проверить конструктивные подходы к созданию подобных силовых установок, оценить эффективность применяемых технических решений.

Як-40лл испытания гибридного двигателя
Як-40ЛЛ - испытания демонстратора гибридной СУ. Фото: НИЦ "Институт им. Жуковского"

Генеральный конструктор ОДК Юрий Шмотин в кулуарах Международной научно-технической конференции по авиадвигателям ICAM 2020, прошедшей в мае 2021 в Москве, рассказал, что демонстратор технологий гибридного авиадвигателя, который в перспективе не уступит по техническим характеристикам существующим газотурбинным установкам, но при этом будет расходовать гораздо меньше топлива и наносить вред экологии, появится в России в 2023 году.

«Сегодня в ОДК сформирована команда, установлены конкретные сроки выполнения научно-исследовательских работ. Первые результаты мы планируем получить уже в течение двух лет. Это будет демонстратор технологий гибридной силовой установки», – отметил он.

Юрий Шмотин добавил, что к этому времени будут сформированы чёткие требования к компонентам гибридной силовой установки, которые позволят к 2027 году создать двигатель, который по своим характеристикам не будет уступать газотурбинному. При этом силовая установка будет иметь существенные преимущества по удельному расходу топлива и «воздействию на экологию с точки зрения выброса вредных веществ».

Подготовлено по материалам пресс-службы ОАК



Отвратительно!ПлохоНовость ни о чёмХорошоОтличная новость! (6 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...