8.4.1. АВИАЦИОННОЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ
Электроэнергия является одним из основных видов энергии, используемой на борту летательных аппаратов. Потребителями электрической энергии являются практически все виды авиационного оборудования. Развитие системы электрооборудования происходило одновременно с развитием самой авиации.
По мере появления новых типов летательных аппаратов, изменения технических требований менялся качественный и количественный состав систем электрооборудования, совершенствовались его характеристики [8.34–8.36].
Практическое применение электрическая энергия нашла в системах зажигания топливно-воздушной смеси в авиационных двигателях. Большая роль в создании теории и практики систем зажигания принадлежит B.C. Кулебакину. Им построена теория рабочих процессов в магнето высокого напряжения. В развитии теории систем зажигания большая заслуга также принадлежит А.Н. Ларионову.
Источники электрической энергии на борту летательных аппаратов появились практически одновременно с созданием самих летательных аппаратов. Так, на самолетах «Илья Муромец» разработки И.И. Сикорского использовался источник электроэнергии мощностью 500 Вт.
В период первой мировой войны электроэнергия использовалась на самолетах в устройствах радиосвязи, освещения, как внутреннего, так и наружного. В качестве источника электроэнергии использовался генератор переменного тока мощностью 200 Вт с приводом от ветряного двигателя или вала авиационного двигателя.
В середине 20-х годов для питания радиоустройств применялся генератор постоянного тока напряжением до 12 В. В 1933–1934 гг. напряжение было повышено до 24 В с одновременным увеличением мощности генератора до 1 кВт. Привод от ветряного двигателя был заменен приводом от авиационного двигателя. Для обеспечения заданных требований по надежности генератор постоянного тока работал параллельно с аккумуляторной батареей.
Важным этапом в развитии электрооборудования самолета явилось создание в 1939 г. в СССР пикирующего бомбардировщика конструктора В.Н. Петлякова. На этом самолете были впервые применены различные виды электроприводов, обслуживающие различные органы управления самолетом, в том числе посадочные щитки, стабилизатор, управление радиаторами, триммерами, шасси и др. В качестве приводов использовались дистанционно управляемые системы. Аналогичные разработки за рубежом начали проводиться только через 3 года.
Внедрение на самолетах нового вида оборудования потребовало применения мощных источников электрической энергии. Следует отметить особую заслугу в создании генераторов переменного тока А.Н. Ларионова, под руководством которого была выполнена разработка генератора переменного тока для самолета «Максим Горький».
До конца 40-х и начала 50-х годов основным источником питания являлись коллекторные генераторы постоянного тока, установленные через редуктор на авиационных двигателях. Как правило, число генераторов соответствовало числу авиационных двигателей. Генераторы включались на параллельную работу между собой и с аккумуляторной батареей.
В конце 40-х — начале 50-х годов была проведена разработка стартер-генераторов. Использован принцип обратимости электрической машины, а также то обстоятельство, что электрическая машина устанавливалась непосредственно на авиационном двигателе. При этом в режиме запуска электрическая машина работала как стартер. После запуска электрическая машина переводилась в режим генератора. Таким образом был осуществлен автономный запуск двигателей самолета, что значительно улучшило условия его эксплуатации.
Значительный рост потребителей электроэнергии обусловил и увеличение установленной мощности источников энергии. На некоторых типах летательных аппаратов использовалось восемь генераторов мощностью 12 кВт каждый.
Впоследствии коллекторные генераторы были заменены на бесколлекторные. В развитии оборудования летательных аппаратов наметилась устойчивая тенденция к использованию электрической энергии переменного тока. В этой связи в энергетическую систему потребовалось включить преобразователи постоянного тока в переменный.
Дальнейший рост потребления электроэнергии начал сдерживаться значительным увеличением массы как самих источников электроэнергии, так и систем ее распределения.
Эффективным способом уменьшения массы электрооборудования, как известно, является переход на более высокий уровень напряжения. Вместе с тем повышение уровня напряжения сдерживается наличием коллектора, ухудшением условий коммутации, особенно на больших высотах полета.
Таким образом, назрела необходимость перевода электроэнергетической системы самолета с постоянного тока на переменный как основной вид электроэнергии. Этому переходу предшествовало применение генераторов переменного тока, в основном однофазных, для питания мощных радиолокационных установок.
В конце 40-х и начале 50-х годов во всем мире и в нашей стране велись интенсивные работы по разработке и внедрению электроэнергетических систем переменного тока. Однако внедрение переменного тока на борту летательного аппарата натолкнулось на целый ряд трудностей, основной из которых является осуществление параллельной работы генераторов переменного тока. Известно, что параллельная работа электрических генераторов постоянного тока может быть реализована при различных частотах их вращения. Условием параллельной работы генераторов переменного тока является их синфазная работа, что не может быть обеспечено в реальных условиях полета.
Первой попыткой обойти это противоречие было создание принципиально новой системы параллельной работы синхронных генераторов, установленных непосредственно на авиадвигателях и снабженных комбинированной муфтой. Эта разработка была выполнена в 1954 г. коллективом под руководством А.Ф. Федосеева и внедрена на самолетах-заправщиках генерального конструктора В.М. Мясищева.
Комбинированная муфта представляла собой сочетание фрикционной пары и обгонного устройства. В зависимости от режима работы энергосистемы в действие приводилась либо фрикционная, либо обгонная муфта, и, таким образом, независимо от частот вращения авиационных двигателей условия параллельной работы генераторов не нарушались. В системе также была предусмотрена автоматическая регулировка частоты вращения авиационного двигателя, обеспечивающая малые скольжения роторов генераторов одного относительно другого.
Следующим этапом внедрения переменного тока на самолетах было использование в качестве промежуточного звена между генератором и двигателем привода постоянной скорости, назначение которого состояло в преобразовании переменной частоты вращения авиационного двигателя в постоянную частоту вращения генератора.
Постепенно к середине 70-х годов сложилась типовая структура системы электроснабжения многомоторного самолета. Система включает синхронный генератор, установленный на гидропривод, трансформаторно-выпрямительные устройства для питания потребителей постоянного тока, управляемые выпрямительные блоки для подзарядки аккумуляторов, а также аппаратуру управления, защиты и регулирования.
На протяжении всей истории развития авиационной электротехники велись интенсивные работы по снижению массы электрооборудования. На ранних стадиях в электрических генераторах постоянного и переменного тока использовались воздушные системы охлаждения. В конце 60-х годов были разработаны синхронные генераторы с жидкостной циркуляционной системой охлаждения. При этом было достигнуто снижение удельной массы с 1 до 0,7 кг/кВт. Применение систем с непосредственным жидкостным охлаждением дало снижение удельной массы до 0,3 кг/кВт.
Одновременно происходило непрерывное совершенствование аппаратуры регулирования, защиты и управления. На смену вибрационным регуляторам напряжения пришли угольные регуляторы.
Достижения смежных отраслей промышленности, в частности электронной, использовались при разработке новых поколений аппаратуры, входящей в состав различных систем самолетного электротехнического оборудования. Начиная с середины 60-х годов получили широкое внедрение в электротехнические комплексы изделия, выполненные на базе полупроводниковой технологии. Во всем мире, в том числе и в нашей стране, велись и ведутся поиски путей решения проблемы построения систем электроснабжения самолета, в которых генераторы устанавливаются непосредственно на авиационные двигатели, а стабилизация частоты осуществляется полупроводниковыми преобразователями частоты.
В 1977 г. группой ученых и специалистов различных отраслей промышленности были проведены исследования для определения возможных направлений дальнейшего развития методов генерирования электроэнергии и оценки возможностей использования новых физических явлений и принципов получения электрической энергии для питания бортовых систем летательных аппаратов. Была предложена следующая классификация авиационных электротехнических комплексов:
АЭК постоянного тока;
АЭК переменного тока нестабильной частоты;
АЭК переменного тока стабильной частоты;
АЭК с источниками электроэнергии нетрадиционного типа.
В частности, предполагалось до конца 2000 г. в качестве основной применять систему переменного тока с гидроприводом. Последние десятилетия подтвердили этот прогноз.
Большое внимание было уделено снижению массы элементов энергосистемы. В этой части достигнут немалый прогресс. За счет интеграции генератора в конструкцию гидропривода удалось существенно снизить удельную массу всего агрегата до — 1 кг/кВт. Под интеграцией имеется в виду объединение элементов генератора и привода — подшипников, силовых элементов конструкции, системы охлаждения и т.д.
Промышленностью проводятся работы по созданию высокоскоростных электрических машин (до 24 000 об/мин). В связи с наметившейся тенденцией использования криогенных топлив открывается перспектива использования этого вида топлива в качестве хладагента. Цикл работ по этой проблеме проведен кафедрой электрических машин Московского авиационного института (МАИ).
Выполнен большой объем работ по созданию специальной коммутационной аппаратуры. Выпускаются аппараты для коммутации тока от 0,1 до 1000 А. К настоящему времени заводами поставляется более 100 типов реле и контакторов, в том числе герметичных.
Важным этапом в развитии самолетных электрических систем являлось создание пикирующего бомбардировщика ПЕ-2. На этом самолете впервые в истории отечественной авиации широкое применение получил электропривод.
Еще большее применение электропривод получил на самолете, конструкции А.Н. Туполева (ТУ-4), где впервые была реализована синхронно следящая система для управления стрелковым оружием и применен электропривод шасси повышенной надежности. Этот тип привода по своим характеристикам превосходил зарубежные образцы. В его состав входили два электрических двигателя, соединенных через дифференциальный редуктор с выходным валом. В нем удачно использовано свойство дифференциала при отказе одного из двигателей изменять частоту вращения электромеханизма при неизменном моменте вращения.
Электропривод обслуживал практически все основные самолетные системы. В середине 50-х и начале 60-х годов были созданы электромеханизмы для управления поворотом закрылков, стабилизатором, триммерами. Большое количество электромеханизмов используется в топливных и гидравлических системах: механизмы закрытия и перекрытия топливных кранов, приводы топливных насосов. Электропривод широко используется в радиотехнических системах в качестве привода антенн, а также в системах вооружения и специальных системах.
Электропривод получил большое развитие в связи с появлением транспортной и военно-транспортной авиации. Для механизации погрузочно-разгрузочных работ на этих самолетах используются электролебедки.
Появление на борту летательных аппаратов большого числа энергоемких потребителей электрической энергии повлекло за собой значительный рост установленной мощности. Так, например, на борту самолета АН-22 установлено четыре генератора мощностью 120 кВ?А каждый, на самолете ТУ-144 — четыре генератора переменного тока мощностью 60 кВ?А каждый, на самолете ИЛ-96–300 — четыре генератора мощностью 60 кВ?А каждый и на самолете ТУ-204 — два генератора мощностью 90 кВ?А каждый.
Следует отметить, что общая тенденция — объединение, интеграция различных систем в единый комплекс — имеет место и в электрических системах. В последние 10–15 лет получили развитие смешанные электрогидравлические и электропневматические устройства, в которых силовые функции выполняет гидравлика, а управление — электричество. Основным элементом электромеханизма является электродвигатель.
Уже в середине 50-х годов сложилась типовая структура электромеханизма. В состав электромеханизма входят электродвигатели, муфты сцепления-торможения, редуктор, фрикционная муфта с шариковым регулятором и концевые выключатели. В начале 70-х годов были проведены разработки электропривода с волновой передачей, в которой за счет увеличения поверхности сцепления удается значительно повысить механическую нагрузку на выходном валу при меньшем числе ступеней передачи. Так, например, в системе механизации крыльев самолета с изменяемой геометрией использован волновой редуктор с передаточным числом 1:100 и моментом на выходном валу 50 кН?м.
В связи с тем, что электропривод, как правило, обслуживает системы, к которым предъявляются требования высокой надежности, собственные показатели надежности электропривода также должны быть достаточно высокими.
Одной из причин широкого применения на самолете системы электроснабжения переменного тока являлось использование бесконтактных асинхронных двигателей. Вместе с тем асинхронный электродвигатель имеет существенный недостаток — малый пусковой момент.
За последнее десятилетие много внимания уделялось разработке бесконтактных вентильных двигателей, в которых используется магнитоэлектрическая машина с самарий-кобальтовыми магнитами, имеющими высокую удельную энергию. Этот новый класс электрических машин получил развитие благодаря появлению малогабаритных управляемых полупроводниковых приборов.
Важным этапом в развитии электрооборудования для авиации явилось создание в 1957 г. сверхзвукового стратегического бомбардировщика М-50 конструкции В.Н. Мясищева. На этом самолете впервые в мире была реализована электрическая дистанционная система управления всеми органами управления самолета, впоследствии получившая название «электрическая проводка». С учетом важности выполняемых функций, а следовательно, для обеспечения высоких требований по надежности, в системе был использован принцип троирования. В этих системах в широком масштабе были применены полупроводниковые приборы в устройствах управления.
Для управления сектором газа авиационных двигателей на самолетах серии СУ была применена дистанционная система, в которой использовалось специальное логическое устройство, определяющее неисправность в системе и производящее автоматическое переключение на резервные каналы.
За последние десятилетия наметилась тенденция к широкому применению в системах электрооборудования различных средств вычислительной техники, в том числе бортовых вычислительных машин (БЦВМ), при решении самых разнообразных задач управления и регулирования. Как показали исследования, применение БЦВМ в задачах регулирования режимов в электротехнических системах позволяет значительно повысить качество электроэнергии: в несколько раз сокращается длительность переходного процесса, уменьшается значение перерегулирования, появляется возможность организации более рациональных структур систем, устойчивых к отказам и внешним воздействиям, и существенного уменьшения их массы.
Примером может служить применение на самолете мультиплексных систем управления потребителями электроэнергии.
В середине 70-х годов в связи с появлением на борту летательного аппарата новых типов радиоэлектронного оборудования возникла необходимость генерирования электрической энергии большей мощности — от нескольких мегаватт до сотен мегаватт.
В опытно-конструкторских организациях и научных центрах были проведены исследования различных источников получения такой энергии (электромеханические генераторы; накопители электрической энергии; МГД-генераторы).
В качестве электромеханического генератора был использован синхронный бесконтактный генератор с электромагнитным возбуждением, воздушным охлаждением и кратковременным режимом работы (до 100 с). Благодаря тепловой инерции генератора температура элементов за время работы не достигала предельных значений, что позволяло снизить его удельную массу до 0,2 кг/кВт.
Под руководством Д.А. Бута на кафедре электрических машин в МАИ проведены теоретические исследования возможностей использования в качестве мощного источника электроэнергии МГД-генераторов и различных видов накопителей электроэнергии.
В конце 70-х годов за рубежом и в нашей стране рассматривалась концепция единой электроэнергетической системы, суть которой заключалась в следующем.
На существующих типах самолетов используются в основном два вида энергии — электрическая и гидравлическая. Обе системы соизмеримы как по количеству генерируемой энергии, так и по протяженности систем распределения. Очевидно, что наличие на летательном аппарате двух различных систем, имеющих во многом одинаковое назначение, вызывает определенные трудности в эксплуатации, организации структур, усложняет проведение мероприятий по их модернизации. Появление всережимных самолетов обусловило применение специальных устройств в виде демпферов, гидравлических агрегатов, управляемых по заданным законам электроавтоматикой. Появились смешанные системы управления, получившие название электрогидравлических систем.
Вместе с тем гидравлические системы, выполняющие, как правило, функции приводов органов управления самолетом, в принципе могут быть заменены соответствующими электрическими приводами.
Сравнение основных параметров гидропривода и электропривода показывает, что электропривод уступает гидроприводу по удельной массе и быстродействию.
Существенное преимущество электрическая система по отношению к гидравлической имеет в эксплуатационных затратах, органичном сочетании электроавтоматики и собственно привода.
Перспектива использования полностью электрической системы связана с применением нового типа высокоскоростного электропривода на базе вентильного двигателя с постоянными магнитами высокой энергии.
Поделитесь на страничкеСледующая глава >
tech.wikireading.ru
НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского» и входящие в его состав научно-исследовательские институты авиационной промышленности представили на Международном авиационно-космическом салоне МАКС-2017 макет демонстратора гибридно-электрической силовой установки. Эта установка создается в рамках формирования опережающего научно-технического задела для разработки перспективного полностью электрического самолета. Ее главная особенность – применение электрического оборудования (электромотор, генератор, шины и т.д.), использующего эффект высокотемпературной сверхпроводимости.
Макет гибридно-электрической силовой установки для перспективного электрического самолета размерностью 9-19 кресел, в экспозиции авиасалона МАКС-2017 (с) bmpd
В гибридно-электрической силовой установке питание электромотора осуществляется от аккумуляторных батарей и/или от генератора, приводимого во вращение от вала газотурбинного двигателя.
Такая силовая установка – промежуточный этап перед созданием полностью электрической силовой установки. Ее применение позволит уменьшить затраты топлива, эмиссию вредных веществ, снизить шум и увеличить ресурс газотурбинной части. Планируемая номинальная мощность перспективной гибридно-электрической силовой установки – 500 кВт.
Демонстратор с другого ракурса (с) bmpd
В реализации проекта участвуют ЦИАМ, СибНИА, ЦАГИ, а также ЗАО «СуперОкс». Координатором проекта выступает НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского».
Насколько известно, на первом этапе усилия будут направлены на создание уникальной гибридно-электрической силовой установки, основанной на использовании сверхпроводников. На основе отработанных технологий затем планируется приступить к созданию серийного электрического двигателя для самолета на 9–19 пассажиров. Вся программа рассчитана на три года.
«Разработка этой силовой установки – важный практический шаг России на пути к созданию полностью электрического самолета. Мы убеждены в необходимости формирования системного научно-технического задела в этой области, – говорит генеральный директор НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского» Андрей Дутов – Это технологии, которые позволят обеспечить конкурентоспособность отечественной авиационной техники через 15-20 лет в новом технологическом укладе. По нашим оценкам, новые источники энергии на борту – это одна из тех областей, где можно добиться прорывных результатов».
(c) bmpd
При создании гибридно-электрической силовой установки используются компетенции ведущих отечественных научных центров. В частности, головным исполнителем научно-исследовательской работы является ЦИАМ. Он отвечает за ее разработку в целом и формирование требований ко всем ее компонентам. СибНИА создаст летающую лабораторию и будет проводить летные испытания. Электрооборудование с использованием эффекта высокотемпературной сверхпроводимости разрабатывается инновационной российской компанией «СуперОкс» - одним из немногочисленных мировых производителей сверхпроводников. ЦАГИ формирует общие требования к такой силовой установке и создает перспективные компоновки полностью электрических летательных аппаратов.
«Работы по освоению «электрических» технологий для авиации сегодня ведутся во всем мире. В ЦИАМ и институтах, входящих в состав НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского», электрификацию рассматривают как наиболее перспективную технологию в авиастроении. И ключевое место здесь занимает именно силовая установка, – говорит генеральный директор ЦИАМ Михаил Гордин. – Комплексные теоретические и экспериментальные исследования по созданию гибридной силовой установки проводятся в ЦИАМ уже более 10 лет. За это время мы добились значительных результатов в исследовании различных обликов силовой установки и их оптимизации. Сегодня интересы наших ученых сосредоточены на работе по созданию и испытаниям элементов гибридных силовых установок, топливных элементов с высокими удельными показателями и накопителей энергии».
Разработчик концепции электродвигателя - НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского» на авиасалоне МАКС-2017 (с) bmpd
На выставке экспонируется часть модели гибридно-электрической силовой установки, в мотогондоле которой находится электрический мотор, вращающийся винт и система его управления.
Примечание bmpd. Общий потенциал повышения эффективности от использования традиционных технологий в авиастроении к 2030 году не превысит 35–40% от сегодняшнего уровня. Известно, что сейчас каждый новый технологический продукт отличается от от предшественника не более чем на 3–5%, при несоизмеримом объеме инвестиций. В определенной мере в авиастроении по авиадвигателям и по аэродинамике достигнут потолок в технологическом развитии. Следует ожидать скачка, сопоставимого с переходом от винтовой к реактивной авиации. И самолеты на электродвижении могут стать одними из наиболее вероятных направлений прорыва.
bmpd.livejournal.com
31 марта в ОАО «Авиадвигатель» состоялся научно-технический совет, посвященный созданию силовой установки для будущего полностью электрического самолета. Концепции самолета с единой централизованной системой электроснабжения, которая обеспечивала бы все его энергетические потребности — сегодня одно из стратегических направлений развития мировой авиации. Первый российский полностью электрический самолет может быть создан к началу следующего десятилетия.
Достигнуть радикальных улучшений воздушных судов можно, повысив их надежность и ресурс, снизив стоимость разработки и эксплуатации, улучшив летно-технические и экологические характеристики. Все это достижимо в полностью электрическом самолете, лишенном гидравлических и пневматических энергосистем, и позволяющем построить авиационный двигатель без коробки приводов. Это в свою очередь приведет сразу к нескольким выигрышам: снижению взлетной массы, экономии топлива, снижению расходов на эксплуатацию летательного аппарата.
Участники вчерашнего научно-технического совета обсудили создание силовой установки для полностью электрического самолета и технологии ее электрификации, в том числе перспективные разработки в области системы автоматического управления и электромеханических приводов. Экспериментальную силовую установку было решено строить на базе двигателя ПС-90А. А для проведения летных испытаний нового оборудования предполагается создать летающую лабораторию на базе самолета Ту-214 (№ 64501) с дальнейшим его развитием до модернизированного Ту-214Э.
Всего к реализации программы ПЭС планируется привлечь более 100 предприятий авиационной, радиоэлектронной и электротехнической промышленностей, а также ряд ведущих академических институтов. Так, Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского (ЦАГИ) принимает активное участие в проекте разработки электрического шасси, которое обеспечивало бы руление самолета без включения двигателя и использования специальных тягачей. Предполагается, что экспериментальный образец такого шасси будет продемонстрирован уже на МАКС-2015.
По сообщениям ОАО «Авиадвигатель» и ЦАГИ
www.popmech.ru
Сокращения выбросов углекислого газа воздушными судами дал большой толчок в области развития гибридного электрического авиатранспорта. Natural Resources Defense Council (NRDC) сообщает, что при увеличении грузоперевозок авиационным транспортом по сравнению с морским в 4,5 раза — в 25 раз увеличилось количество выбрасываемых в атмосферу вредных веществ. National Geographic сообщил в апреле 2015 года, что самолеты выбросили примерно 700 миллионов тонн углекислого газа в 2013 году и, если ситуацию не изменить, то к 2015 году эта цифра вырастет втрое.
В 1997 году Киотский протокол делегировал ответственность международной организации гражданской авиации для регулирования авиационной эмиссии. В Соединенных Штатах многие экологические организации подали в суд на Агентство по охране окружающей среды (EPA), чтоб добиться еще более жестких квот на выброс углекислых газов. В прошлом году Нью-Йорк Таймс сообщила со ссылкой на EPA, что американские самолеты выбросили примерно 11% мировых парниковых газов, что составило 29% от всех мировых судов.
В феврале этого года ICAO объявила о первом в истории международном соглашении о сокращении выбросов углекислого газа коммерческими самолетами. К новым соглашениям присоединились 23 страны, включая США. Соглашение предусматривает сокращение потребления топлива для новых коммерческих самолетов на 4% построенных после 2028 года, а также модернизацию максимальную самолетов находящихся в эксплуатации после 2023 года. Данные правила необходимы для разработки и ввода в эксплуатацию максимально эффективных новых самолетов.
Массовое распространение гибридных автомобилей и электромобилей позволило ученым задуматься о применении данных технологий и к авиации. В настоящее время ученые и инженеры в исследовательском центре НАСА активно разрабатывают новое поколение самолетов. Одной из наиболее перспективных задач является разработка гибридной или турбоэлектрической двигательной установки для замены классических газовых турбин. Данная замена позволит снизить потребление энергии, шумы и, пожалуй, одно из самых важных преимуществ, вредные выбросы в атмосферу.
Jim Heidmann, менеджер проекта НАСА Advanced Air Transport Technology отмечает – «Движение в сторону альтернативных систем требует создания новых конструкций самолетов, а также двигательных установок, способных объединять в себе технологии электрических машин и батарей, а также электродвигателей и генераторов с более эффективными инструментами». Исследователи рассматривают альтернативные энергетические системы способные генерировать электрическую энергию на местах или использовать дополнительные устройства к турбинным двигателям, после чего электрическая энергия будет преобразовываться в механическую с помощью вентиляторов установленных в других местах летательного аппарата. Наряду с этим исследования ведутся не только в области альтернативных источников энергии, но и в классических материалах любой системы управления, таких как изоляция проводов, полупроводниковые элементы, магнитные материалы и так далее. Это позволит уменьшить вес летательного аппарата.
Sceptor является силовым макетом гибридного самолета НАСА. Он принадлежит к части нового поколения X-planes и является первым шагом НАСА для создания силовой электрической установки коммерческого самолета мегаваттного типа. Цель исследователей заключается в создании летательного аппарата способного перевозить девять пассажиров с силовой системой 500 кВт (примерно 700 л.с.). Самолет весит около 3000 фунтов и его запуск планируется на начало 2018 года. Самолет будет иметь несколько воздушных винтов с электропитанием расположенных на передней кромке для увеличения подъемной силы почти в пять раз на малой скорости и позволит использовать меньшее и более эффективное крыло, оптимизированное для крейсерской скорости.
Испытательный стенд LEAPTech состоит из 18 пропеллеров на электрической тяге прикрепленных к передней кромки и монтируемой впоследствии на грузовик (рисунок выше). Первоначальные испытания показали, что распределение мощности среди 18 электродвигателей удвоила тяговые усилия на низких скоростях по сравнению с традиционными системами (максимальная скорость грузовика составляла примерно 73 км/ч). Крыло используемое для испытаний LEAPTech очень тонкое и не имеет много места для размещения электродвигателей, контроллеров, проводки и прочих устройств. Площадь испытательного крыла составило около половины первоначального P2006T.
Исходный контроллер двигателя не укладывался в подвеску и не обладал достаточным быстродействием, исходя из слов Starr Ginn, заместителя руководителя аэронавтических исследований НАСА. «EMI создали хаос на коммуникационной шине. При большой мощности система могла бы потерять контроль». В конце концов, электродвигатели крыла, разработанные Joby Aviation для LEAPTech, будут использоваться в NASA’s Hybrid Electric Integrated Systems Testbed (HEIST) в испытательном самолете Sceptor в 2018 году.
Для создания более крупных летательных аппаратов НАСА изучает Boeing 737, чтоб на его базе создать турбо-электрический привод. Концепция турбо-электрических двигателей позволит создавать более эффективные воздушные суда путем объединения газотурбинных двигателей с генераторами, которые будут распределять энергию между электрическими движителями. Использование авиалайнера Boeing 737 в качестве испытательного образца позволит НАСА внести преимущества турбо-электрической системы, при этом сохранив традиционную конфигурацию трубок и крыла.
Starc-ABL — узкофюзеляжный турбо-электрический самолет с кормовым слоем движителей. Данный летательный аппарат является новым испытательным макетом, опирающимся на предыдущие N3-X гибридные конструкции. Турбодвигатели обеспечивают 80% тяги при взлете и 55% при наборе высоты. Остальную нагрузку берет на себя кормовой движитель, расположенный под хвостом летательного аппарата. Кормовой вентилятор предназначен для работы с мощностью в 3500 лошадиных сил в длительном режиме. Даже с большим весом от оперения и большего крыла, по сравнению с аналогичным гибридным крылом, предварительные исследования показывают, что на 15% улучшился показатель тяга — удельный расход топлива в начале полета.
Airbus установил новый мировой рекорд в июле 2015 года, будучи первым производителем, полностью электрический самолет которого пересек Ла-Манш. E-Fan Electric Aircraft – двухмоторный электрический самолет с максимальной скоростью 220 км/ч и способный работать в течении 45 – 60 минут на одной зарядке. Два электродвигателя E-Fan обеспечивают 60 кВт мощности и приводят в движение два вентилятора в кормовой части. Система батарей литий-ионная, состоящая из 2982 ячеек мощностью 2,8 А/час каждая. Испытания летательного аппарата пересекшего Ла-Манш проводились на высоте 1000 м, вес составлял примерно 600 кг, пилотировал летательный аппарат один человек.
Программа E-Fan является расширяемой платформой более крупного проекта Distributed Electrical Aerospace Propulsion Project (DEAP Project). Проект является частью Airbus’ E-Thrust Concept, который разрабатывается совместно с Rolls-Royce. Инновационная команда Airbus будет играть ведущую роль в проекте и разрабатывать электрические системы и оптимизировать системы интеграции, в то время как Rolls-Royce разрабатывает электрическую двигательную установку для создания новых двигателей.
Концепция E-Thrust включает в себя распределенную двигательную систему, состоящую из шести вентиляторов с электроприводом распределенных вдоль крыла. В центре будет один газо-турбинный двигатель, обеспечивающий гибридную систему питания силовых электродвигателей вентиляторов, а также для подзарядки аккумуляторов систем управления. Для достижения оптимального пропульсивного коэффициента значение степень двухконтурности должно быть выше 12. Проводя текущую оценку, эксперты утверждают, что значение более 20 вполне достижимо, а это приведет к ощутимому снижению расхода топлива и вредных выбросов в атмосферу. Также стоит отметить, что применение небольших вентиляторов с электрической тягой снижает шум системы по сравнению с крупными агрегатами.
Три основные части архитектуры DEAP выглядят так:
Поглощение переднего слоя и ускорение его вентиляторами может привести к снижению потерь в импульсе, формирующем след, снизить лобовое сопротивление и повысить эффективность. В DEAP системах лучше распределение веса, что позволяет увеличить гибкость конструкции воздушных судов и уменьшить вертикальное оперение.
Лопатки статора к тому же имеют приспособленную внутреннюю маршрутизацию сверхпроводящих кабелей к ступице установленной сверхпроводящей электрической машины. Сверхпроводимость – квантово-механическое явление, при котором материал может обладать нулевым сопротивлением. Это явление возникает в некоторых материалах при охлаждении ниже критической температуры. Сверхпроводимость позволяет сделать некоторые элементы электрической системы меньше и легче, что очень важно в авиатранспорте. Для получения эффекта сверхпроводимости используют криогенные жидкости, такие как жидкий водород, жидкий гелий.
Rolls-Royce и Airbus Group Innovations совместно с Magnifye Ltd. и Cambridge University разрабатывают сверхпроводящий программируемый электродвигатель переменного тока — Programmable Alternating-Current Superconducting Machine (PSAM). PSAM представляет собой сверхпроводящий статор, создающий переменное вращающееся магнитное поле — частота которого связана непосредственно с частотой питающей сети. Электромагнитный момент будет создаваться путем регулирования магнитного поля статора. Сверхпроводящие магниты, используемые для генерации магнитного поля, выровнены в виде шайб и могут быть запрограммированы для создания различных магнитных сил. Данная электрическая машина, в конце концов, сможет заменить стандартные медные и железные статорные структуры.
Литий-ионные батареи являются наилучшим выбором для гибридных систем. Тем не менее, все же для таких систем нужны батареи большей емкости для хранения и отдачи большей мощности. В течении следующих двух десятилетий плотность энергии превысит 1000 Вт*ч/кг (согласно Airbus), а это требует удвоение емкости самых эффективных на сегодняшний день аккумуляторных батарей. Предстоящий прорыв в батареях – литий-воздушные батареи. Они будут иметь высокую плотность энергии за счет кислорода, легкого катода и большого количества свободного ресурса. Тем не менее, в продаже таких батарей пока не существует.
Разработка НАСА Sceptor, которая является частью концепции E-Thrust Airbus, охватывает дорожную карту авиации в течении следующих 5 – 25 лет. ICAO надеется сократить выбросы вредных газов в атмосферу к 2040 году. К тому времени они надеются сократить выбросы по сравнению с 2000 – углекислого газа (СО2) на 75%, оксида азота на 90%, снизить уровень шума на 65%.
И для тех кто владеет английским:
elenergi.ru
Экология потребления.Мотор:Разработчики компании Siemens пока опережают конкурентов, работающих над созданием самолета с полностью электрическим приводом. Так, 8 июня они провели первый пилотируемый полет воздушного судна, движущегося исключительно благодаря электромотору.
Разработчики компании Siemens пока опережают конкурентов, работающих над созданием самолета с полностью электрическим приводом. Так, 8 июня они провели первый пилотируемый полет воздушного судна, движущегося исключительно благодаря электромотору.
Им удалось сконструировать новый тип электродвигателя весом всего 50 кг, который обеспечивает непрерывную выходную мощность около 260 кВт - в пять раз больше, чем другие подобные системы. Для испытаний он была установлена на пилотируемую модель самолета Extra 330LE. Первый полет прошел в аэропорту Шварц Хайде в Германии.
Успешный тестовый полет электросамолета поможет Siemens в их совместном проекте с Airbus, который был основан в апреле 2016 года. Доработав уникальный электродвигатель, Siemens и Airbus смогут ни его основе разработать региональные авиалайнеры, способные питаться от гибридных систем движения.
Новая конструкция мотора позволила ученым добиться уникального соотношения веса к производительности – 5 кВт / кг. Электродвигатели сравнимого класса, используемые в промышленных целях, обеспечивают менее 1 кВт / кг. Производительность систем, используемых в электромобилях, составляет около 2 кВт / кг. Поскольку новый двигатель обеспечивает свою рекордную производительность при скорости вращения 2500 оборотов в минуту, он может вращать пропеллеры напрямую, без использования коробки передач.
Напомним, ранее NASA заявляла об испытаниях систем, которые позволят создать электрический 9-местный самолет к 2019 году.
ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ на НАШ youtube канал Эконет.ру, что позволяет смотреть онлайн, скачать с ютуб бесплатно видео об оздоровлении, омоложении человека. Любовь к окружающим и к себе, как чувство высоких вибраций - важный фактор оздоровления - econet.ru.
Ставьте ЛАЙКИ, делитесь с ДРУЗЬЯМИ!
https://www.youtube.com/channel/UCXd71u0w04qcwk32c8kY2BA/videos
Подпишитесь -https://www.facebook.com/econet.ru/
P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet
econet.ru
