21 июля 2021 года, во второй день работы авиасалона МАКС-2021, совершил первый полёт экспериментальный самолёт Як-40ЛЛ (б/н 87251) с демонстратором технологий гибридной силовой установки (ГСУ) с электродвигателем на высокотемпературных сверхпроводниках (ВТСП).
У самолёта с регистрационным номером RA-87251 были заменены боковые двигатели АИ-25 на более мощные Garrett TFE731, а на место третьего двигателя на специальной раме установили турбовальный газотурбинный двигатель ТВ2-117, на валу его турбины смонтировали электрогенератор на постоянных магнитах, вырабатывающий ток для электродвигателя. В хвостовой части фюзеляжа размещён и блок аккумуляторных батарей. Сам сверхпроводящий электродвигатель мощностью 500 кВт, вращающий воздушный винт, расположен в носовой части Як-40ЛЛ. Там же находится и система криогенного охлаждения на жидком азоте.
До начала лётных испытаний ГСУ и её элементы прошли стендовые испытания в ЦИАМ. Затем ГСУ была установлена на самолёт Як-40, на базе которого в Сибирском научно-исследовательском институте авиации (СибНИА) им. С. А. Чаплыгина создали летающую лабораторию. В начале февраля 2021 года на аэродроме Новосибирского авиазавода им. В. П. Чкалова с прилегающей к нему территории СибНИА состоялась выкатка самолёта-лаборатории Як-40ЛЛ (87251). После подтверждения устойчивой совместной работы электродвигателя и всех систем самолёта в ходе комплекса наземных испытаний Як-40ЛЛ перешёл на этап лётных испытаний.
По сообщению пресс-службы Центрального института авиационного моторостроения, первый полёт летающей лаборатории прошёл в штатном режиме, отмечена чёткая слаженность совместной работы систем самолёта, ГСУ и электродвигателя. «Применение технологий высокотемпературной сверхпроводимости в перспективе позволит существенно снизить массу и габариты электрических машин и повысить их КПД», – отметили в ЦИАМ.
ГСУ «электролёта» разработана ЦИАМ в широкой кооперации отечественных предприятий. Так, инновационный электродвигатель на ВТСП создан компанией «СуперОкс» по заказу Фонда перспективных исследований. В числе участников работы – СибНИА, Уфимский государственный авиационный технический университет, Московский физико-технический институт, Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет). Заказчиком научно-исследовательской работы «Электролет СУ-2020» выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации.
«На МАКС-2019 мы представляли модель этой летающей лаборатории и отдельные элементы силовой установки. На МАКС-2021 она взлетела в небо. За эти два года ЦИАМ и наши партнёры по проекту получили ценный практический опыт по разработке гибридных силовых установок и применению сверхпроводимости в электродвигателях. Наработанный опыт мы уже применяем в других проектах, в том числе с использованием водорода в качестве топлива», – рассказал генеральный директор ЦИАМ Михаил Гордин.
Генеральный директор СибНИА Владимир Барсук отметил, что самой сложной задачей лётных испытаний – это определить влияние на работу маршевых двигателей обдувки винта электрического мотора в полёте и особенности при его отказе. Это удалось проверить при выполнении подлётов. Также были определены особенности продольной устойчивости самолёта при возникающих перебалансировках. «Всё оказалось в допустимых пределах», – добавил Владимир Барсук.
«Технологии, которые мы применяем в нашем “электролёте” – это прорыв для мирового авиастроения. Пока мы испытываем инновационные электрические двигатели на летающей лаборатории, но примерно к 2030 году НИЦ “Институт имени Н.Е. Жуковского” рассчитывает представить уже целый ряд летательных аппаратов с принципиально иными экономическими и экологическими показателями, в том числе по шумности и выбросам», – резюмирует генеральный директор НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского» Андрей Дутов.
Исследованием малошумных и экологичных ГСУ, прежде всего для перспективных серийных самолётов малой и региональной авиации, занимаются все разработчики авиационной техники мира. Преимущество гибридных силовых установок состоит в возможности, с одной стороны, получить выгоду от энергоэффективных, экологически чистых электрических технологий, с другой — сохранить приемлемую весовую эффективность за счёт оптимизации конструкции и режимов работы газотурбинных или поршневых авиационных двигателей.
«Мы создаем сверхпроводниковые материалы и технологии, которые нужны для будущих эффективных электрических летательных аппаратов.Cверхпроводники, в перспективе в сочетании с водородным топливом, открывают реальный путь для создания эффективной и экологичной авиации», – уверен председатель совета директоров «СуперОкс» Андрей Вавилов.
Сверхпроводимостью называется свойство некоторых материалов проводить электрический ток с нулевым сопротивлением. У этого явления существует множество применений: на его основе изготавливают сверхсильные магниты, сверхточные датчики магнитного излучения и поезда на магнитной подушке. В конструкции электромотора сверхпроводники должны помочь добиться меньшего расхода заряда аккумуляторных батарей и обеспечить высокий коэффициент полезного действия при небольших размерах и массе. Практическое применение сверхпроводимости до сих пор упирается в одну проблему: это явление возникает только при низких температурах или экстремально высоких давлениях. Даже высокотемпературные сверхпроводники — керамические материалы на основе смешанного оксида меди — теряют это свойство при температуре заметно ниже комнатной. Например, у купрата состава HgBa2Ca2Cu3O8+x температура перехода составляет минус 109 градусов Цельсия. У твердого материала на основе сероводорода H3S и метана CH4 сверхпроводимость сохраняется до 15 градусов Цельсия, но при давлении больше 1,4 миллиона атмосфер. Поэтому для работы со сверхпроводниками приходится строить системы охлаждения с жидким азотом или гелием. Несмотря на все сложности, несколько компаний занимаются разработкой сверхпроводниковых авиадвигателей. Среди них — российская «СуперОкс» и европейская Airbus. Последняя в марте этого года запустила программу Ascend по созданию демонстратора электрического или гибридного двигателя с использованием технологии сверхпроводимости и жидким водородом в качестве хладагента…
Источник: