Проекты гибридных: электрических силовых установок в Мире

В России интенсивно обсуждается создание гибридной силовой установки (ГСУ) на альтернативных видах топлива для регионального самолета. Об этом сообщил гендиректор Центрального института авиационного моторостроения (ЦИАМ) им. П.И. Баранова (входит в НИЦ им. Жуковского) М. Гордин.

Тезисы:

• НИР «Электролет СУ-2020» ориентирована на создание демонстратора ГСУ с использованием эффекта высокотемпературной сверхпроводимости.
• ЦИАМ – головной исполнитель, компания СуперОкс – дочка НИЦ Институт им. Жуковского, – ключевой соисполнитель,
• ЦИАМ одновременно с ФПИ (Фонд перспективных исследований) обсуждают создание на базе двигателя ВК-2500 полностью сверхпроводящей ГСУ мощностью 1500 кВт.
• ГСУ будет использовать в качестве топлива и хладагента жидкий водород или сжиженный природный газ.
• в 2019 г. были проведены стендовые испытания демонстратора и подготовлен проект создания летающей лаборатории на базе самолета Як-40,

• в качестве тепловой машины взят турбовальный двигатель ТВ2-117, который заменит 1 из 3^х двигателей Як-40, которые располагаются в хвостовой части, 
• для двигателя разработан и изготовлен генератор мощностью 400 кВт, собран аккумуляторный блок, система управления. Испытания каждого элемента проводились по отдельности и в составе силовой установки на наземных стендах. Это совместная работа с Уфимским государственным авиационным университетом,
• по итогам летных экспериментов и проект на базе ВК-2500 можно будет говорить о начале опытно-конструкторских работ по созданию гибридной силовой установки для самолета местных воздушных линий.
• испытания в составе летающей лаборатории на базе Як-40 пройдут до 2022 г.

В использовании сверхпроводников в двигателе – Россия впереди планеты всей, и это радует.
В «носу» ЯК-40 установят электродвигатель, использующий эффект высокотемпературной сверхпроводимости и криогенную систему, который разработал СуперОкс.
Высокотемпературный сверхпроводящий электроэнергетический комплекс обеспечит более высокие удельную мощность и КПД «электрических» компонентов (электродвигателей, генераторов, силовых шин передачи электроэнергии) гибридной СУ по сравнению с традиционным электротехническим оборудованием.

В рамках совместного проекта Фонда перспективных исследований и ЗАО «СуперОкс» в России разрабатывается авиационная интегрированная электроэнергетическая система на основе единой высокотемпературной сверхпроводниковой (ВТСП) платформы, состоящей из аккумуляторной батареи, ВТСП-кабеля, ВТСП-токоограничивающего устройства и ВТСП-электродвигателя.

Как сообщили в пресс-службе Центрального института авиационного моторостроения имени П.И. Баранова, 18 декабря 2020 года в СибНИА им. Чаплыгина на экспериментальный летательный аппарат был установлен электрический двигатель на сверхпроводниках и выполнены его пробные запуски с воздушным винтом. Работы выполняются в рамках подготовки к лётным испытаниям[…] Далее:

[il_button url=”https://aviation21.ru/yak-40ll-s-innovacionnym-elektrodvigatelem-gotovitsya-k-pervomu-polyotu/” target=”blank” style=”ghost” background=”#6592f3″ color=”#1a237d” size=”4″ center=”yes” icon=”https://ilsvik.ru/wp-content/uploads/2020/10/АРх60.png” icon_color=”#ffffff” text_shadow=”14px 7px 0px #ffffff” class=”ilsvik”]По теме: Як-40ЛЛ с инновационным электродвигателем готовится к первому полёту[/il_button]

Технология работы ГСУ:

• двигатель внутреннего сгорания приводит в действие генератор; 
• генератор вместе с аккумуляторами обеспечивает энергией электромотор, соединенный с винтом низкой частоты вращения;
• рулежка производится только с использованием электроэнергии;
• взлет, набор высоты, полет в крейсерском режиме, снижение – с помощью генератора и аккумуляторов, 
• посадка – только с использованием электроэнергии.

Преимущества гибридного авиадвигателя:

• на 50% меньше выбросов вредных веществ (СО₂) в атмосферу, 
• менее шумный, 
• на 50% меньшее потребление топлива,
• решение проблем недостаточной емкости аккумуляторных батарей.

Твердооксидные топливные элементы (solid oxide fuel cell, SOFC) вырабатывают электричество, соединяя водород из авиационного топлива с кислородом из воздуха.
Мощности этих элементов хватит для обеспечения самолета энергией в крейсерском режиме полета и для подзарядки аккумуляторов, необходимых для увеличения мощности при взлете и во время экстренных ситуаций.

В первую очередь, говоря о гибридном двигателе, имеют ввиду тенденцию перехода на электродвижение.
Поэтому и проект по типу электромобиля назван Электролет.

Использование двигателей на сжиженном природном газе (СПГ) – это совершенно другой путь развития, еще не достаточно изученный.
Использовать гибридные силовыми установками с криогенным охлаждением предпочтительнее для малой авиации.
Криогенное охлаждение повышает мощность электрических машин.
В этом случае СПГ используется как топливо и охладитель для электромотора. 

Терминология:

Более электрический самолет (БЭС) – это летательный аппарат, у которого:

• тягу создают традиционные газотурбинные или поршневые двигатели,
• отсутствуют гидравлические и пневматические системы, обычно предназначенные для работы гидро- и пневмоприводов органов управления и шасси. Вместо этого используются электроприводы,
• нет отбора воздуха от двигателей для противообледенительной системы и системы кондиционирования воздуха. За счет этого снижается масса и повышается надежность всех систем, повышается КПД авиадвигателей, что в итоге приводит к снижению расхода топлива и вредных выбросов. 

Полностью электрический самолет это летательный аппарат, у которого:

• присутствуют все элементы БЭС,
• отсутствуют традиционные тепловые двигатели в силовой установке,
• тяга создается электродвигателями. Энергией такая силовая установка питается от аккумуляторов или от топливных элементов. 

Электроавиация за рубежом:

В Центральном институте авиационного моторостроения им. П.И. Баранова ЦИАМ, рассмотрены текущее состояние авиадвигателестроения и направления работ по созданию критических технологий для перспективной авиационной техники за рубежом.

Показано, что в ТРДД ближайшей перспективы (2020…2025 гг.) будут существенно повышены параметры рабочего процесса и степень двухконтурности, а в их конструкции будут широко применяться композиционные материалы как
в «холодной», так и в «горячей» частях двигателя. На среднесрочную и дальнесрочную перспективы (2030…2040 гг.) с учетом существенного прогресса в разработке компонентов электрической системы рассматриваются различные концепции летательных аппаратов с гибридной (турбоэлектрической) и электрической силовыми установками, в том числе с использованием компонентов на основе высоко – температурной сверхпроводимости.

Источник подробнее:

1.В Канаде совершил полет первый в мире коммерческий самолет, который на сто процентов работает на электроэнергии: 

E-Fan X должен был совершить свой первый полет в 2021 году. Виттадини настаивает на том, что, хотя самолет не поднимется в воздух, усилия, вложенные в программу, не пропали даром. Ожидается, что Rolls-Royce самостоятельно продолжит работу, связанную с наземными испытаниями системы выработки электроэнергии, которую он разработал в качестве своего вклада в этот самолет[…]

3.Израильский электрический самолет Alice сгорел во время испытаний

Пожар пассажирского электросамолета Alice случился в аэропорту Прескотта в Аризоне, где проходили наземные испытания этого устройства. Причиной возгорания стала внешняя аккумуляторная батарея, которая подключалась к бортовой электрической сети прототипа во время этих испытаний.

Другие детали происшествия пока не раскрываются. Сейчас Eviation Aircraft оценивает объем полученных во время пожара повреждений прототипа. При этом пока не известно, скажется ли он на сроках дальнейших летных испытаний устройства.

Самолет Alice оснащен тремя электромоторами. Длина летательного аппарата составит 12 м, а максимальная взлетная масса — 6,4 т. Заряда батареи электросамолета Alice хватит для выполнения коротких межрегиональных перелетов на расстояние до 560 км. При этом крейсерская скорость летательного аппарата составит 260 узлов.

Изначально Eviation Aircraft планировала начать продажи Alice уже в 2022 году. Пока представители компании не сообщали, повлияет ли эта авария на сроки начала продажи устройства.

Электроавиация в России:

НИР Электролет СУ- 2020 – государственный проект по заказу Минпромторга РФ, полученный ЦИАМом в 2020 г.
НИР рассчитана на 3 года и является продолжением НИР «Электролет СУ», которая была успешно завершена в 2019 г. наземными испытаниями разработанного в ЦИАМ демонстратора гибридной силовой установки (ГСУ).
Цель НИР Электролет СУ- 2020 – создание самолетов с гибридными силовыми установками (ГСУ).
В проекте с ЦИАМ участвует еще 4 компании.

• в ноябре 2019 г. специалисты СибНИА успешно испытали созданный ими генератор для питания гибридных силовых установок. 
• в марте 2020 г. специалисты СибНИА, УГАТУ, СуперОкс начали адаптацию генератора для самолета Як-40.

ФГУП СибНИА им. Чаплыгина также входит в состав НИЦ Институт им. Жуковского.

По теме: