«АН» №4_2021. В небо на электрической тяге |

Хорошие новости приходят из Сибири. В Новосибирске по взлётно-посадочной полосе аэродрома Сибирского научно-исследовательского института авиации имени С.А. Чаплыгина (СибНИА) бегает летающая лаборатория со сверхпроводниковым электродвигателем. Работы стартовали благодаря контракту с Фондом перспективных исследований и поддержке Минпромторга. Следует отметить – технологии создания газотурбинных двигателей подошли к пределу эффективности, аэродинамика летательных аппаратов тоже. Если в середине прошлого века развитие техники шло скачкообразно, то сегодня выигрыш в топливной эффективности нового двигателя по сравнению с предшественником аналогичной мощности, скажем, в 3–5% – большая удача. Революционные прорывы возможны, но уже с привлечением новых идей.

Гибридная силовая установка в составе Як-40ЛЛ на испытаниях

Диковинный Як-40 с пропеллером в носу самолёта – летающая лаборатория. Там же, в носу, под капотами прячется электродвигатель. Когда лайнер поднимется в первый полёт – предстоит решать методическому совету, а пока идёт наземная отработка единственного в мире электродвигателя на высокотемпературных сверхпроводниках в составе самолёта, его влияние на работу штатных систем. Пробежались по аэродрому на скорости до 135 км/ ч – всё штатно. Традиционный старт лётных испытаний. Западносибирский портал ЧС‑ИНФО, журналисты которого 5 февраля присутствовали на событии, приводит слова директора СибНИА, лётчика-испытателя 1‑го класса Владимира Барсука. Он явно с удовольствием конкретизирует цели испытаний двигателя-демонстратора:

– Мы начинаем проверять работоспособность электрического мотора: какую мощность он может выдать. Основная дальнейшая задача – проверка работоспособности системы двигателей и генератора во всём диапазоне скоростей: от 150 до 600 километров в час при высотах от нуля метров до девяти с половиной километров.

Мощность электродвигателя – 500 киловатт или, для тех, кто привык измерять мощность в лошадиных силах, – 680 л.с. Между прочим, очень востребованная в авиастроении. Из-за отсутствия двигателей этой мощности с импортными силовыми агрегатами летают вертолёты «Ансат» и Ка-226.

На летающей лаборатории Як‑40ЛЛ вращательный момент электродвигателя передаётся на тянущий воздушный винт. В чём плюсы? За счёт технологий сверхпроводимости двигатель получился лёгким и компактным. Поясняет председатель совета директоров компании-разработчика «СуперОкс» Андрей Вавилов:

Гибридная силовая установка в составе Як-40ЛЛ на испытаниях

– В основе силовой установки сверхпроводящие материалы. Обмотки двигателя на жидком азоте поддерживают температуру в семь градусов Кельвина (минус 266 по Цельсию!), благодаря чему сопротивление на них – нулевое. Это позволяет получать от двигателя огромные мощности при небольших объёмах самой установки.

Следует подчеркнуть – «СуперОкс» создавала двигатель в союзе с немецкими коллегами из Oswald Elektromotoren. По словам генерального директора НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского» Андрея Дутова, КПД двигателя близок к абсолютному совершенству – 99, 7%. Его использование в авиации сулит заметную экономию топлива, снижение вредных выбросов. В идеале, конечно, при наличии аккумуляторов огромной ёмкости выбросов вообще бы не было. Но таковых пока не изобрели. И энергия для двигателя поступает от электрогенератора, который, в свою очередь, вращает газотурбинный турбовальный двигатель. Полученной энергией заряжаются литий-ионные батареи, установленные в середине фюзеляжа самолёта, и уже от них запитан собственно электродвигатель на сверхпроводниках.

По большому счёту вспомогательная силовая установка (ВСУ) – непременный атрибут любого современного пассажирского и транспортного самолёта – выполняет похожую функцию. Её запускают на земле, она обеспечивает летательные аппараты электроэнергией, работу системы кондиционирования воздуха, давление в гидросистемах и запуск основных, маршевых, двигателей. Основа ВСУ в авиации – небольшой газотурбинный двигатель, как правило, расположенный в хвосте самолёта. Когда вы идёте к трапу на посадку, то слышите именно её свист. Это к тому, что схема получения требуемых объёмов электроэнергии на борту самолёта достаточно давно отработана. Первым пассажирским лайнером с ВСУ стал «Боинг-727» в 1963 году.

Ил-114 оснастят уникальным электрическим двигателем

Совсем немного фантастики

В общем, налицо явление в авиастроении уникальной гибридной силовой установки. В автомобилях подобные технологии (но без высокотемпературной сверхпроводимости!) давно используются – бензиновый или дизельный двигатель работает в паре с электротягой. При необходимости можно «утопить педаль газа в пол» и получить мощное ускорение, а при равномерном движении двигатель внутреннего сгорания (ДВС) поддерживает заряд аккумуляторов. Когда те полностью заряжены, некоторые авто способны двигаться на «чистой» электротяге. Но в любом случае владельцы автомашин с гибридной силовой установкой отмечают заметную экономию топлива в городских режимах движения. А чем авиация хуже? Ну а если помечтать и представить себе компактные и энергоёмкие аккумуляторы, способные обеспечить дальность для полётов на тысячи километров… Фантастика! Возможно, не такая уж далёкая.

Но тут начинается фантастика иного рода. Ей опять же поделился генеральный директор НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского» Андрей Дутов:

«Следующая летающая лаборатория на базе самолёта Ил-114будет создана через два года. И этот самолёт уже будет летать на полностью электрическом двигателе. Для этого сейчас создаётся более мощная силовая электроустановка на сверхпроводимых материалах мощностью в тысячу киловатт. И сегодня – историческое событие. Потому что в гражданской авиации сегодня идёт жёсткая конкурентная борьба. И мы продемонстрировали настоящий прорыв в авиастроении: сделан первый шаг к созданию полностью электрического пассажирского самолёта на уникально эффективном двигателе».

Тут приходится констатировать факт – двигатель мощностью 1 мегаватт (1000 кВт) для Ил-114 слабоват. У него двигатели выдают взлётную мощность по 3000 л. с., а здесь при переводе в лошадиные силы – всего 1360 «лошадок». Это первое. А второе – самолёту Ил‑114-300 хорошо бы сначала справиться со штатным турбовинтовым двигателем фирмы «Климов» ТВ7‑117СТ-1, который год за годом преподносит сюрпризы и тормозит испытания авиалайнера. Он же устанавливается на лёгкий военно-транспортный самолёт Ил-112В, с тем же успехом. У конструкторов «Ильюшина» выбора нет, других отечественных двигателей в этом классе мощности попросту нет и не предвидится. Вопрос: у Объединённой двигателестроительной корпорации (входит в «Ростех») были многие годы на то, чтобы довести этот двигатель до ума, но не довели. Почему?

А полностью электрический лайнер Ил-114 увидеть хотелось бы, просится это «сверхпроводимое» чудо ему на крыло, но в 2023 году – это фантастика. Обеспечить генерацию электроэнергии для достаточно крупного самолёта на 64 пассажира и двух двигателей с суммарной взлётной мощностью 6 тыс. л.с. (а на чрезвычайном режиме более 7 тыс. л.с.) – совсем нетривиальная задача. Тут Андрей Дутов, до 1998 года банковский служащий, а потом руководитель десятка объединений и корпораций и даже заместитель министра промышленности и торговли, явно что-то недопонял. У него за плечами уважаемый, но непрофильный Московский финансовый институт. Серьёзное инженерное образование на его должности иметь надо. Правда, он доктор технических наук! Но очень хочется надеяться на то, что Россия перестаёт быть кладбищем множества замечательных идей.

Электросамолёты выходят в свет

Американская «Юнайтед Эрлайнз» (United Airlines) – крупнейшая авиакомпания мира. Её флот воздушных судов насчитывает, по данным из разных источников, до 800 бортов. На днях «Юнайтед Эрлайнз» заключила соглашение с «Арчер Авиэйшн» (Archer Aviation), которое на выходе даст старт коммерческому использованию электрического авиатранспорта. Компания разрабатывает самолёты вертикального взлёта и посадки eVTOL с электродвигателями. Вариант летающего такси, тут на ум сразу приходит фильм «Пятый элемент» с Брюсом Уиллисом в роли таксиста. «Воздушный извозчик» от «Арчер Авиэйшн» будет перевозить 4 пассажиров на дальность до 100 км со скоростью 240 км/ ч. Основная задача – доставить пассажиров в аэропорт или из аэропорта в мегаполис. «Арчер Авиэйшн» явно вышла на финишную прямую, в 2024 году планирует получить сертификат на свой eVTOL. А «Юнайтед Эрлайнз» для начала приобретёт две сотни электролётов и будет предлагать своим пассажирам эксклюзивную услугу: из городских джунглей за считаные минуты – к самолёту. Сегодня это мечта. А завтра?