«Электрификация» является сегодня одним из ведущих направлений в авиастроении: с ней связывают снижение расходов топлива, вредных выбросов, повышение надёжности авиационной техники. Формирование обликов гибридных и электрических силовых установок (СУ), исследования их эффективности в составе летательных аппаратов (ЛА), разработка и испытания демонстраторов технологий – вот неполный перечень задач, над которыми работают специалисты Центрального института авиационного моторостроения имени П.И. Баранова (ЦИАМ, входит в НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского»), сообщает пресс-служба института.
Исследователи ЦИАМ провели анализ ключевых технологий, необходимых для создания гибридных и электрических силовых установок, и на основании экспертных оценок сделали прогноз по их развитию до 2035 года.
За последние годы произошёл качественный прорыв в повышении удельных характеристик электрических машин, что связано прежде всего с появлением мощных редкоземельных постоянных магнитов и высокочастотной силовой электроники. Уже сейчас в промышленности выпускаются электродвигатели и электрогенераторы, обладающие удельной мощностью 5-6 кВт/кг и КПД на уровне 96%. «Через 10 лет ожидается увеличение удельной мощности в два раза – до 10-12 кВт/кг и увеличение КПД до 98%», – делится выводами исследований начальник отдела ЦИАМ Антон Варюхин.
Использование электрических двигателей для привода воздушных винтов или вентиляторов позволяет создавать принципиально новые концепции летательных аппаратов, например, различные многороторные схемы ВКЛА (винтокрылые летательные аппараты), обеспечивающие укороченный взлёт и посадку.
Наибольшую сложность вызывает вопрос источников электрической энергии.
«К сожалению, несмотря на все достигнутые успехи, уровень ёмкости современных аккумуляторов достаточен пока лишь для коротких развлекательных полётов или обучения, но не обеспечивает создание полностью электрических коммерческих летательных аппаратов с требуемой дальностью и продолжительностью полёта, – заключает Антон Варюхин. – Прогнозы разработчиков показывают, что к 2030 году уровень ёмкости не превысит 400 Вт*ч/кг. Этого будет достаточно только для довольно ограниченного класса летательных аппаратов типа аэротакси».
В области электрохимических источников энергии наибольшие перспективы имеют твёрдополимерные водородные топливные элементы (ТПТЭ). Наилучшие обладают удельной мощностью 2кВт/кг. Но сложности вызывает вопрос хранения водорода. Сейчас наилучшие системы хранения сжатого водорода при давлении 700 атмосфер обеспечивают удельную энергию всей системы, включающей ТПТЭ и систему хранения, на уровне 700-800 Вт*ч/кг. Это существенно больше ёмкости современных аккумуляторов. Перспективным является хранение водорода в жидком состоянии. По оценкам, хранение водорода в криогенных сосудах может обеспечить удельную энергию системы на уровне 3000 Вт*ч/кг.
Большинство разработчиков сегодня ведут исследования в области создания гибридных СУ, то есть таких, которые характеризуются наличием двух или более источников энергии на борту ЛА. Одним из них может быть аккумулятор, другим – генератор, приводимый во вращение газотурбинным двигателем.
Ряд исследователей сходятся во мнении, что 2 МВт – это предельная мощность для традиционных электрических машин. «Для дальнейшего увеличения мощности требуется использовать в конструкции двигателя сверхпроводящие материалы, – рассказывает Антон Варюхин. – Например, ЦИАМ в сотрудничестве с компанией «СуперОкс» - лидером в области создания ВТСП-лент (высокотемпературные сверхпроводники) разрабатывает гибридную СУ на базе электромотора на сверхпроводниках. В ближайшие годы запланированы её наземные испытания, а в 2020 году – лётные».
Можно спрогнозировать, что в 2030 году единичная мощность сверхпроводниковых электрических машин составит не менее 2МВт при удельной мощности 10-12 кВт/кг, с учётом криогенной системы охлаждения. А к 2035 году мощность достигнет уровня 5МВт при удельной мощности 20 кВт/кг.
Заместитель Председателя Правительства РФ Дмитрий Рогозин отметил важность разработки ЦИАМ, посетив во время работы МАКС-2017 стенд Института. Демонстратор электрической (гибридной) силовой установки стал объектом повышенного интереса журналистов, гостей и участников авиакосмического салона.
Справка
ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова» – единственная в стране научно-исследовательская организация, осуществляющая комплексные научные исследования и научное сопровождение разработок в области авиадвигателестроения – от фундаментальных исследований физических процессов до совместной работы с ОКБ по созданию, доводке и сертификации новых двигателей, в том числе наземных газотурбинных установок. Все отечественные авиационные двигатели создавались при непосредственном участии института и проходили доводку на его стендах.
На фото: гибридно-электрический двигатель ЦИАМ, МАКС-2017 / (с) Андрей Величко, Авиация России
Загрузка... 
aviation21.ru
Рендер опытового самолета BAe 146 с электровентилятором
Airbus
Европейский авиастроительный концерн Airbus, британская компания Rolls-Royce и немецкая Siemens договорились о совместной разработке перспективного гибридного пассажирского самолета. Согласно сообщению концерна, первый полет демонстратора технологий нового летательного аппарата состоится в 2020 году. Перспективная разработка получила обозначение E-Fan X.
В гибридном самолете за полет отвечают электрические движители, питание которых обеспечивает одна или несколько вспомогательных газотурбинных силовых установок, связанных с генератором. Считается, что гибридные самолеты будут существенно экономичнее, а следовательно и экологичнее современных летательных аппаратов.
Прежде, чем демонстратор технологий нового самолета совершит первый полет, технологии гибридного летательного аппарата планируется отработать и испытать на опытовом самолете BAe 146. Это британский среднемагистральный пассажирский самолет с четырьмя турбовентиляторными двигателями способный перевозить от 85 до ста пассажиров.
Схема гибридной установки на опытовом самолете BAe 146
Airbus
Согласно проекту, на BAe 146 установят газотурбинный двигатель Rolls-Royce AE 2100, который будет использоваться для привод электрического генератора мощностью два мегаватта. Генератор через системы управления и распределения энергии будет заряжать аккумуляторную батарею и питать электровентилятор.В марте текущего года концерн Airbus объявил о намерении ускорить разработку гибридного пассажирского самолета вместимостью до ста человек. Ради этого концерн отказался от планов создания небольших двух- и четырехместного гибридных самолетов E-Fan 2.0 и E-Fan 4.0.
Согласно заявлению Airbus, ускорить разработку нового гибридного пассажирского самолета концерн решил с учетом прогресса в создании электрических авиационных двигателей. Перспективный самолет получит электродвигатели совокупной мощностью 20-40 мегаватт. По оценке европейского концерна, пассажирский самолет E-Fan X пройдет все испытания и начнет выполнять перелеты к 2030 году.
Василий Сычёв
nplus1.ru
E-Fan 1.1
Airbus
Европейский авиастроительный концерн Airbus и немецкая компания Siemens заключили соглашение о разработке семейства авиационных гибридных двигателей, сообщает Aviation Week. Речь идет о силовых установках мощностью от ста киловатт до десяти и более мегаватт. Такие двигатели могут быть установлены на ближне- и среднемагистральные пассажирские самолеты вместимостью менее ста кресел, вертолеты и беспилотные летательные аппараты.
К разработке гибридных двигателей компании привлекут около двухсот человек. На первом этапе целью проекта является практическое доказательство эффективности и экономичности использования гибридных силовых установок на авиационной технике. Работы в рамках первого этапа планируется завершить к 2020 году. Все работы будут вестись в новом конструкторском бюро E-Aeircraft System Home в Оттобруне в Германии. В их основу лягут исследования по проекту демонстратора технологий гибридного самолета E-Fan 1.1.
Самолет E-Fan 1.1 оборудован двумя электрическими вентиляторными двигателями. Этот самолет совершил первый полет в 2014 году, а в 2015-м пересек Ла-Манш. По оценке Airbus и Siemens гибридные двигатели к 2030 году вполне возможно перевести все пассажирские самолеты вместимостью менее ста кресел на гибридную тягу. Такие силовые установки к 2050 году позволят привести авиацию в соответствие требованиям Евросоюза. Согласно этим требованиям, к 2050 году выбросы парниковых газов самолетами должны уменьшиться на 75 процентов.
В начале февраля 2016 года немецкий проектный институт Bauhaus Luftfahrt объявил о намерении к 2022 году провести испытания «более электрического самолета» с гибридной тягой. В испытаниях примет участие уменьшенная беспилотная модель самолета, оснащенная двумя турбовентиляторными двигателями с ультравысокой степенью двухконтурности и одним электрическим вентиляторным двигателем. Реактивные двигатели будут частично формировать общую тягу силовых установок и обеспечивать электричеством вентиляторный движок.
Вклад электрического двигателя в формирование общей тяги всех силовых установок составит 23 процента. В сравнительном моделировании участвовал самолет проекта DISPURSAL пассажировместимостью 340 человек и с дальностью полета 8,9 тысячи километров. Его сравнивали с современным пассажирским самолетом Airbus A330-300. При моделировании самолеты совершали перелет на скорости 0,78 числа Маха (963 километра в час). Экономичность DISPURSAL по сравнению с A330-300 составила 38,3 процента.
Между тем, в конце февраля текущего года словенская авиастроительная компания Pipistrel приступила к испытанию гибридного силового агрегата для небольших частных самолетов. Испытания двигателя и трансмиссии, разработанных немецкой компанией Siemens в рамках проектах Hypstair, проводятся на специальном наземном стенде, имитирующем небольшой четырехместный самолет. Мощность испытываемого гибридного силового агрегата составляет 200 киловатт, или около 270 лошадиных сил.
В состав агрегата входит электромотор, способный выдавать мощность в 200 киловатт во взлетном режиме и 150 киловатт в режиме крейсерского полета. В состав установки также включен генератор мощностью сто киловатт, приводимый от небольшого турбостабилизированного поршневого двигателя. Такой двигатель практически независимо от нагрузки на генератор способен поддерживать стабильные обороты. Благодаря этому во время полета не происходит бросков напряжения, выдаваемого генератором.
nplus1.ru
Исследователи из Кембриджского университета в сотрудничестве с компанией Boeing успешно испытали первый самолет с гибридной силовой установкой, сочетающей двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель. Испытания показали, что самолет использует на 30 процентов меньше топлива, чем аналогичный летательный аппарат, оснащенный только двигателем на обычном горючем. Кроме того, машина способна перезаряжать аккумуляторы в полете, что достигнуто впервые. Группа исследователей, работающая при финансовой поддержке Boeing, подготовила и испытала самолет на основе коммерческой модели под руководством Пола Робертсона (Paul Robertson).
Самолет с гибридной силовой установкой
Гибридные автомобили достаточно хорошо известны, но гибридные самолеты еще знакомы мало.
Самолет оснащен 4-тактным поршневым двигателем от Honda и электрическим генератором. Эти источники питания соединены таким образом, что любой из них может приводить пропеллер в движение. Поскольку во время взлета летательный аппарат тратит много энергии, то задействуются оба мотора. Когда самолет набирает необходимую высоту и выходит на крейсерскую скорость, то он способен идти только на электрическом двигателе - бензиновый отключается, чтобы свести к минимуму расход топлива. Тот же принцип применяется в гибридных автомобилях. Двигатель может быть включен в режиме генератора, что дает возможность перезарядить литиево-полимерные аккумуляторы непосредственно во время полета. Шестнадцать литиевых аккумуляторов встроены в отсеках крыльев.
Гибридный электрический самолет
Летательный аппарат является доработкой чешского одноместного сверхлегкого самолета Gramex SONG SSDR.
Как сказал руководитель проекта доктор Пол Робертсон, теперь будущее гибридной авиации становится реальным. "Несмотря на то, что гибридные автомобили стали уже популярны, главной проблемой электрических самолетов являются аккумуляторные батареи", - сказал руководитель проекта. До недавнего времени они были слишком тяжелыми и не обладали достаточным потенциалом энергии. Но с появлением усовершенствованных литий-полимерных батарей, подобных тому, что вы найдете в портативном компьютере, гибридный самолет, хотя и в небольших масштабах, теперь начинает становиться жизнеспособным ".
Испытательный полет в Великобритании
Самолет пролетел на высоте более 1500 футов и показал меньший расход топлива.
В данный момент проведены испытательные полеты в Великобритании (аэродром Sywell), где самолет находился в воздухе на высоте более 1500 футов. Дальнейшие исследования будут направлены на еще большее уменьшение расхода топлива, а также на модернизацию самого самолета. Конечно, до коммерческого использования подобных двигателей еще далеко. Подсчитано, что если в пассажирском самолете все двигатели и все топливо заменить электричеством, то он сможет пролететь не больше десяти минут. Но команда Робертсона продолжает свою работу, проводя испытательные полеты, чтобы оптимизировать систему для наилучшей производительности и экономии топлива.
По материалам:
Читайте также:
| Вперед > |
pro-samolet.ru
Европейский авиастроительный концерн Airbus и немецкая компания Siemens заключили соглашение о разработке семейства авиационных гибридных двигателей, сообщает Aviation Week. Речь идет о силовых установках мощностью от ста киловатт до десяти и более мегаватт. Такие двигатели могут быть установлены на ближне- и среднемагистральные пассажирские самолеты вместимостью менее ста кресел, вертолеты и беспилотные летательные аппараты.К разработке гибридных двигателей компании привлекут около двухсот человек. На первом этапе целью проекта является практическое доказательство эффективности и экономичности использования гибридных силовых установок на авиационной технике. Работы в рамках первого этапа планируется завершить к 2020 году. Все работы будут вестись в новом конструкторском бюро E-Aeircraft System Home в Оттобруне в Германии. В их основу лягут исследования по проекту демонстратора технологий гибридного самолета E-Fan 1.1.
Самолет E-Fan 1.1 оборудован двумя электрическими вентиляторными двигателями. Этот самолет совершил первый полет в 2014 году, а в 2015-м пересек Ла-Манш. По оценке Airbus и Siemens гибридные двигатели к 2030 году вполне возможно перевести все пассажирские самолеты вместимостью менее ста кресел на гибридную тягу. Такие силовые установки к 2050 году позволят привести авиацию в соответствие требованиям Евросоюза. Согласно этим требованиям, к 2050 году выбросы парниковых газов самолетами должны уменьшиться на 75 процентов.
В начале февраля 2016 года немецкий проектный институт Bauhaus Luftfahrt объявил о намерении к 2022 году провести испытания «более электрического самолета» с гибридной тягой. В испытаниях примет участие уменьшенная беспилотная модель самолета, оснащенная двумя турбовентиляторными двигателями с ультравысокой степенью двухконтурности и одним электрическим вентиляторным двигателем. Реактивные двигатели будут частично формировать общую тягу силовых установок и обеспечивать электричеством вентиляторный движок.
Вклад электрического двигателя в формирование общей тяги всех силовых установок составит 23 процента. В сравнительном моделировании участвовал самолет проекта DISPURSAL пассажировместимостью 340 человек и с дальностью полета 8,9 тысячи километров. Его сравнивали с современным пассажирским самолетом Airbus A330-300. При моделировании самолеты совершали перелет на скорости 0,78 числа Маха (963 километра в час). Экономичность DISPURSAL по сравнению с A330-300 составила 38,3 процента.
Между тем, в конце февраля текущего года словенская авиастроительная компания Pipistrel приступила к испытанию гибридного силового агрегата для небольших частных самолетов. Испытания двигателя и трансмиссии, разработанных немецкой компанией Siemens в рамках проектах Hypstair, проводятся на специальном наземном стенде, имитирующем небольшой четырехместный самолет. Мощность испытываемого гибридного силового агрегата составляет 200 киловатт, или около 270 лошадиных сил.
В состав агрегата входит электромотор, способный выдавать мощность в 200 киловатт во взлетном режиме и 150 киловатт в режиме крейсерского полета. В состав установки также включен генератор мощностью сто киловатт, приводимый от небольшого турбостабилизированного поршневого двигателя. Такой двигатель практически независимо от нагрузки на генератор способен поддерживать стабильные обороты. Благодаря этому во время полета не происходит бросков напряжения, выдаваемого генератором.
5cek.livejournal.com
Испытания новая силовая установка, мощность которой составит 2 мВт, пройдет на летающей лаборатории. Кстати, летающая лаборатория создана на базе 4-двигательного самолета регионального типа BAe-146. В случае если испытания пройдут успешно, самолет будет оснащен еще одним гибридным двигателем. Авиаконструкторов интересует, как силовая установка поведет себя при высоких температурах, как это скажется на ходовых качествах воздушного судна. Тесты покажут, как электрические системы переносят скоростное/высотное воздействие. Инженеры хотят лучше изучить проблему так называемой электромагнитной совместимости, проверить в деле систему управления электротяги.
Совместный проект известных в мировой авиапромышленности компаний позволит доработать технологии, которые позже будут с успехом использованы для создания новых гибридных силовых установок для нужд авиапрома. Программа предполагает создание устойчивой почвы для сертификации самолетов, оснащенных электродвигателями. Это, к тому же еще, и возможность воспитать новое поколение авиационных инженеров. Совместный проект E-Fan/X приблизит тот момент, когда на рынке появляться коммерческие гибридные самолеты.
Авиастроительный холдинг Airbus отвечает за архитектуру системы управления электродвигателями, батареи, интеграцию систем, их сопряжение с элементами управления. Компания Rolls-Royce несет ответственность за силовую электронику, генератор и турбовинтовой мотор. Авиаконструкторы Rolls-Royce и Airbus планирует вместе адаптировать силовую установку под имеющуюся в наличие гондолу. Инженеры Siemens берут на себя создание мощных электродвигателей, разработку электронных блоков управления. На них также «висит» система распределения мощности и конверторы тока.
Совместный проект Siemens и Airbus «E-Aircraft Systems House», между прочим, стартовал еще в прошлом году. Речь идет о кооперации, главная цель которой, как заявляют стороны, ускорить разработку ряда компонентов систем силовой установки. Предусмотрены наземные тесты вышеозначенных компонентов в условиях малой/средней мощности. В пресс-службе авиастроительного предприятия Airbus уверены, что их труды окупятся, позволят создать передовой узкофюзеляжный самолет гибридного типа. Не исключен вариант, что такие вот 100-местные региональные самолеты будут обслуживать рейсы уже в 2030-м году.
Среди передовых задач, которые стоят перед мировой авиационной отраслью, переход на менее пагубные для экосистемы виды воздушного транспорта находиться в приоритете. Авиаперевозчики не хотят, чтобы эффективность пребывала в постоянной зависимости от текущей цены на нефть. В стратегии развития гражданской авиации ЕС есть специальный пункт, посвященный необходимости год от года снижать объемы выбросов в атмосферу оксидов азота, углекислого газа, прочих отравляющих окружающую среду веществ. В этом самом документе сказано, что попутно необходимо снижать и уровень шума (на 64% до 2050-го), а это возможно только тогда, когда будут внедрены принципиально новые технологии. Двигатель E-Fan/X — это еще один шаг на тернистом пути реализацию вышеперечисленных задач. Не так давно авиастроительная корпорация Boeing и авиаперевозчик JetBlue Airways анонсировали совместный проект Zunum Aero. Речь идет о создании 12-местного гибридного воздушного судна коммерческого назначения. Разработчик намерен в будущем увеличить пассажировместимость своего детища. Авиаконструкторы NASA, кстати, также работают над разработкой гибридного двигателя для нужд авиации. Инженеры известного российского НИЦ при институте им. Н. Жуковского, необходимо добавить, намерены построить в будущем электролет, то есть это, можно сказать, уже глобальная тенденция стратегического плана, с каждым годом она будет только набирать обороты. Вышеперечисленные проекты — это, уверяют эксперты, всего-навсего «первые грибы».Читайте также
news.rambler.ru
Назначение
Электросиловые установки (ЭСУ) предназначены для привода воздушного винта фиксированного шага на беспилотных и пилотируемых летательных аппаратах (ЛА) различного назначения. Основное назначение ЭСУ - это многократное снижение эксплуатационных расходов. ЭСУ придают ЛА новые потребительские качества и повышают его конкурентоспособность на внутреннем и зарубежном рынках сбыта.
Рис. 1. Схема авиационной ЭСУ с питанием от мотор-генератора.1 – воздушный винт;
2 – редуктор; 3 – электродвигатель;4 – блока коммутирующей и управляющей электроники;
5 – аккумуляторная батарея; 6 – пульт управления; 7 – конвертер; 8 – силовой выпрямитель;
9 – интегрированный стартер-генератор; 10 – ДВС; 11 – топливный бак.
Описание конструкции
На режиме запуска электрический ток из предварительно заряженной аккумуляторной батареи 5 через конвертер 7 подается на СГ 9, который, работая в режиме стартера, запускает ДВС 10.После запуска ДВС 10 СГ 9 переводится в
режим генератора. В ДВС 10 химическая энергия топлива (бензина), хранящегося в топливном баке 11, превращается в механическую энергию вращения выходного вала. Механическая энергия ДВС 10 в СГ 9 превращается в электрическую энергию переменного тока. Переменный ток в силовом выпрямителе 8 преобразуется в постоянный. Некоторое время ДВС 10 работает на подзарядку аккумуляторной батареи 5. На рабочих режимах электроэнергия от СГ 9 через блок коммутирующей и управляющей электроники 4 подается в электродвигатель 3. В нем происходит преобразование энергии электрического тока в механическую энергию вращения выходного вала. Крутящий момент создаваемый электродвигателем 3 передается в редуктор 2. В редукторе частота вращения снижается, а крутящий момент пропорционально возрастает. Далее крутящий момент передается на воздушный винт 1, который, вращаясь, формирует воздушный поток и создает тягу. На режиме запуска электроэнергии вырабатываемой СГ 9 недостаточно. Ее дефицит покрывается за счет энергии, запасенной в аккумуляторной батарее 5. Мощность ДВС 10 и СГ 9, как правило, должна соответствовать мощности ЭД 3, работающего на крейсерском режиме или на 3…5% превышать его для подзарядки аккумуляторной батареи 5.
Основные преимущества
Электросиловые установки обеспечивают:
- снижение начальной стоимости ЛА за счет применения ЭСУ с автомобильным ДВС;
3-х кратное снижение расходов на эксплуатацию ЛА за счет экономии топлива и работы ДВС на автомобильном бензине;- снижение расхода топлива за счет рекуперации потенциальной энергии ЛА при его спуске;
- многократно повышенный ресурс ЭСУ за счет исключения форсирования ДВС;
- возможность обеспечения вертикального взлета и посадки за счет аккумуляторной батареи, которая позволяет обеспечить до 2 раз большую взлетную мощность ЭСУ по сравнению со входящим в нее ДВС; - 5-ти кратное снижение эмиссии токсичных и загрязняющих веществ;
- значительное снижение шума за счет применения штатной автомобильной системы шумоглушения и размещения ДВС внутри фюзеляжа;
- возможность дополнительного снижения расхода топлива за счет размещения на крыльях солнечных батарей;
- возможность осуществления радиоуправления с земли; относительно низкая стоимость разработки, приемлемая для Российских условий.
nild.narod.ru
