Состояние двигателестроения за рубежом. Часть 2

Критические технологии на средне – срочную (2025…2035 гг.) и дальнесрочную (после 2035 г.) перспективы

Создание новых технологий играет ключевую роль в обеспечении будущей конкурентоспособности авиационной техники. За рубежом в целях достижения максимально возможного уровня технического совершенства, снижения сроков и стоимости разработки двигателей при активной поддержке государства в рамках специальных программ по созданию критических технологий проводится опережающая отработка новых технических решений. С помощью этих программ осуществляется эффективное управление технологическим развитием авиадвигателестроения и обеспечивается конкурентоспособность продукции, выпускаемой зарубежными компаниями, на мировом рынке. Программы по двигателям военного и гражданского назначения взаимно дополняют друг друга, поскольку на 70…80% используют общие технологии (методы расчета, конструкторские решения, конструкционные материалы, технологические процессы и т.д.) при создании новых и модернизации находящихся в эксплуатации двигателей.

В разработке новых технологий принимают участие все ведущие зарубежные производители авиационных двигателей. Финансирование таких работ осуществляется как за счет бюджетных, так и за счет собственных средств компаний. Доля бюджетного финансирования зависит от целей программы и требуемого уровня готовности разрабатываемых технологий и составляет 50…100% стоимости работ, в то же время объемы финансирования работ из собственных средств компаний постоянно увеличиваются и составляют от 4 до 14% общей выручки. В связи с усложнением авиационной техники объем финансирования программ постоянно увеличивается и в настоящее время составляет несколько миллиардов долларов США в год (бюджетные и собственные средства компаний).

Если в 1960–1980-х гг. из бюджета в основном финансировались программы, связанные с разработкой технологий для двигателей военного назначения, то в последние годы значительно увеличивается финансирование программ по «двойным» технологиям и улучшению экологических характеристик авиационных двигателей.

Как в США, так и в Европе, все работы по созданию критических технологий, финансируемые за счет бюджетных средств, проводятся в соответствии с нормативными документами (Национальный план, Перечни стратегических исследований и т.д.), в которых для перспективных образцов авиационной техники заданы целевые индикаторы по основным показателям качества (затраты топлива, уровень шума, запас по эмиссии NOx) во временных рамках, достижение которых возможно только при комплексном подходе, связанном с одно временным улучшением характеристик двигателя, летательного аппарата и управления воздушным движением.

При этом разрабатываемые критические технологии доводятся до высокого уровня готовности TRL³6, предусматривающего создание натурных демонстраторов технологий (демонстрационные газогенераторы и двигатели) и проведение их стендовых (летных) испытаний в реальных условиях эксплуатации. Целевые индикаторы, разработанные ACARE и NASA, показаны на рис. 6. Наиболее жесткие индикаторы установлены NASA.

В соответствии с ними перспективные пассажирские самолеты и их СУ после 2035 г. должны обеспечить:

• уменьшение затрат топлива на 60…80% относительно лучшего в своем классе самолета 2005 г.;
• уменьшение шума на 42…52 EPNдБ относительно требований Главы 4 ИКАО;
• запас по эмиссии NOx (цикл «взлет–посадка») более 80% относительно требований CAEP/6 ИКАО.

На рис. 7 приведена зависимость изменения удельного расхода топлива от полетного и термического КПД в условиях крейсерского полета (Н»11км, М»0,8). Из приведенных данных видно, что находящиеся в эксплуатации двигатели для узкофюзеляжных самолетов (семейства ТРДД CFM56 и V2500) имеют величину удельного расхода топлива в условиях крейсерского полета Crкр=0,58…0,60кг/(кгс×ч). По сравнению с ними теоретическое уменьшение удельного расхода топлива в ТРДД может составить ~ 50% (точка пересечения линий теоретических ограничений по термическому и полетному КПД). Однако с учетом практических ограничений по термическому КПД (определяется уровнем эмиссии NOx для малоэмиссионных камер сгорания) и полетному КПД (определяется увеличением сопротивления СУ при увеличении степени двухконтурности) это улучшение не превышает 35…40%.

По сравнению с двигателями пятого поколения (PW1000G, LEAP) максимальное уменьшение удельного расхода топлива при повышении полетного и термического КПД (одновременном повышении пара метров цикла и степени двухконтурности) может составить 25…30% и быть реализовано в ТВВД, распределенной силовой установке (РСУ) или двигателе комбинированного цикла. В обычном ТРДД или ТРДДсц со сложным термодинамическим циклом (например, с промежуточным охлаждением) уменьшение удельного расхода топлива может составить 15…20% при повышении параметров цикла и величины степени двухконтурности до mº=14…18]. Для двигателей широкофюзеляжных самолетов (семейства ТРДД GE90, GEnx, Trent), величина удельного расхода топлива которых в условиях крейсерского полета находится на уровне Crкр=0,52…0,55кг/(кгс×ч), это улучшение не превышает 25…30%.

Дальнейшее улучшение характеристик авиационных двигателей связано с переходом к электрическому двигателю, для применения которого необходимо разработать много новых технологий.

Разработка критических технологий в США

США остаются мировым лидером в разработке критических технологий для СУ летательных аппаратов различного назначения, что позволяет компаниям авиационной промышленности США занимать ведущие позиции на мировом рынке авиационной техники. Инициаторами проведения исследований по разработке критических технологий в США являются федеральные агентства. В области газотурбинных двигателей это, прежде всего, Министерство обороны, NASA и Министерство транспорта (в лице FAA), которые формируют свою исследовательскую деятельность на основе долгосрочных прогнозов (на 25…50 лет) и стратегических планов работ. Эти планы предусматривают проведение как фундаментальных, так и прикладных исследований, к участию в которых широко привлекаются компании авиационной промышленности, университеты и институты.

В последние годы в США разработка новых технологий для авиационных двигателей разделена между FAA и NASA. FAA отвечает за разработку технологий на ближайшую перспективу (2015…2020 гг.), а NASA– за среднесрочную (2025…2035 гг.) и долгосрочную (после 2035 г.) перспективы. Программы CLEEN (2010…2015 гг.) и CLEEN II (2015…2020 гг.), в которых участвуют самолето- и двигателестроительные компании США, являются основным инструментом FAA для обеспечения защиты окружающей среды посредством разработки новых технологий для дозвуковых самолетов и их СУ.

В рамках программ разрабатывались (разрабатываются) технологии с уровнем готовности TRL=6–7, которые проходили проверку на демонстраторах технологий, некоторые из них представлены на Рис. 8 и Рис. 9. Разработанные технологии используются компанией General Electric в ТРДД LEAP-X и GE9X, компанией Pratt & Whitney – в семействе ТРДД PW1000G, компанией Rolls-Royce–в разрабатываемых ТРДД Advance 3 и UltraFan. В 2008…2014 гг. в рамках программы Fundamental Aeronautics по проекту Subsonic Fixed Wing NASA проводила работы по исследованию концепций и определению ключевых технологий для дозвуковых пассажирских самолетов с началом эксплуатации в 2030…2035 гг.

В работах принимали участие компании Boeing, Northrop Grumman, Cessna, General Electric, Rolls-Royce, Pratt & Whitney, а также ряд университетов и исследовательских лабораторий. В этих работах рассматривались технологии, которые к 2020…2025 гг. могут иметь уровень готовности TRL=5–6 с доработкой их до TRL=8–9 к 2030…2035 гг. Проведенные исследования показали, что цели NASA по уровню шума и затратам топлива являются наиболее жесткими и могут быть удовлетворены с большим трудом для ряда схем перспективных пассажирских самолетов при интеграции планера и СУ и применении новых технических решений, в то время как цели по эмиссии NOx (цикл «взлет–посадка») могут быть удовлетворены или превышены в авиационных двигателях обычных схем (ТВД, ТРДД) при увеличенных параметрах рабочего процесса (p* кS³60, Т* г³2000 K) благодаря применению камеры сгорания типа LDI (TAPS). Более высокого результата (уменьшение эмиссии NOx вплоть до нуля) можно добиться при переходе на электрифицированную СУ (гибридный двигатель), но для этого требуется разработать множество новых технологий в области электрических машин и электрооборудования. Принимая во внимание, что для электрифицированных СУ перспективных самолетов необходима разработка критических технологий (прежде всего в области электрического оборудования), NASA предложила спиральный подход при их создании для летательных аппаратов различного назначения.

В работах 2008…2014 гг. рассматривались концепции самолетов с электрифицированными СУ с вводом
в эксплуатацию к 2045 г. Однако, учитывая существенный прогресс в разработке электромоторов и электрического оборудования, NASA в 2015…2017 гг. путем объединения усилий с промышленностью в рамках проекта Advanced Air Transport Technology программы Advanced Air Vehicles Program (AAVP) провела исследования новых концепций региональных и магистральных самолетов с электрифицированными СУ с вводом в эксплуатацию в более ранние сроки (~ 2035 г.), основные параметры которых приведены в таблице, а схемы самолетов и их СУ – на рис. 10.

СУ самолета STARC-ABL (Single-Aisle Turbo electric Aircraft with Aft Boundary Layer) NASA. Это самолет традиционной схемы (труба + крыло) с частично турбоэлектрической СУ, состоящей из двух расположенных под крылом ТРДД с генераторами, каждый из которых вырабатывает мощность 1,4 МВт с эффективностью 98%, и хвостового электро приводного вентилятора, отсасывающего пограничный слой с поверхности фюзеляжа. Электроэнергия от генераторов подается на электромотор мощностью 2,6 МВт (эффективность – 96%) привода хвостового вентиля тора. В условиях взлета ТРДД производят 80% потребной тяги, а в условиях крейсерского полета – 55%. Результаты исследований показали, что при числе Маха крейсерского полета Мкр =0,7 применение на самолете такой СУ обеспечивает уменьшение затрат топлива на ~ 7% при дальности полета 1600 км и на ~ 12% при расчетной дальности полета 6300 км по сравнению с обычной СУ.

СУ самолета SUGAR Freeze (Subsonic Ultra Green Aircraft Research) Boeing. Компания Boeing в рамках своих исследований рассматривала большое количество концепций самолетов с различными технологиями. Концепция самолета SUGAR Freeze имеет частично турбоэлектрическую СУ, в которой питание электро мотора хвостового вентилятора осуществляется от твердооксидного топливного элемента. Сочетание технологий сокращает потребление энергии на ~ 56% при дальности полета 1600 км.

СУ самолета N3-X NASA. Несколько лет назад NASA разработало концепцию самолета N3-X, в которой исследовалась возможность уменьшения затрат топлива благодаря выбору схемы летательного аппарата типа «летающее крыло» и применению полностью турбоэлектрической РСУ, включающей два турбовальных двигателя, расположенных на концах крыла, генератор и 14 электроприводных вентиляторов, установленных в задней части фюзеляжа и отсасывающих пограничный слой с его поверхности. Все компоненты электрической системы предполагают использование эффекта высокотемпературной сверхпроводимости. Проведенные исследования показали, что самолет N3-X обеспечивает уменьшение затрат топлива на ~ 70% по сравнению с самолетом В777-200LR, из которых ~ 33% получено благодаря применению турбоэлектрической РСУ с вентиляторами, отсасывающими пограничный слой с поверхности фюзеляжа, ~ 14% – применению гибридного крыла и 23% – применению ряда других перспективных технологий. Среди исследованных ранее концепций самолетов эта обеспечивает наибольшую выгоду, но для ее реализации требуется разработка наиболее агрессивных технологий.

СУ самолета ECO-150R Empirical Systems Aerospace (ЕSА). ECO-150R – это концепция самолета, в котором используется среднесрочный уровень технологий для компонентов электрической системы, при этом его аэро динамические характеристики аналогичны характеристикам современных самолетов. В рамках исследований для самолета ECO-150 рассматривался широкий спектр технологий для электрической системы–от электрических машин со сверхпроводимостью, охлаждаемых жидким водородом, до обычных электрических машин при различных уровнях технологий. В зависимости от рассматриваемых технологий характеристики ECO-150 колебались от совпадения до значительного превышения затрат топлива по отношению к современным самолетам.

СУ самолета SUGAR Volt Boeing. Для концепции самолета SUGAR Volt компания Boeing предполагает использование параллельной гибридно-электрической СУ с подкруткой вентилятора ТРДД с помощью электромотора, питание которого осуществляется от аккумуляторных батарей, с целью увеличения дальности крейсерского полета. Такой тип самолета, но без электрической системы, позволил при дальности полета 1600 км уменьшить затраты топлива и энергии на ~ 53% по сравнению с базовым самолетом B737-800. Концепция СУ SUGAR Volt была оценена с использованием как обычного электромотора (удельная мощность всей электрической системы 4,4…6,6 л.с./кг, эффективность 93%), так и электромотора со сверх проводимостью (удельная мощность всей электрической системы 11…13,2 л.с./кг, эффективность 99%) при двух уровнях мощности электромотора – 1,3 МВт (1750 л.с.) и 5,3 МВт (7150 л.с.). СУ с электромотором мощностью 1,3 МВт обеспечивает дополнительное сокращение затрат топлива на ~ 7% по сравнению с аналогичным само летом без электрической системы и удовлетворяет цели NASA по сокращению затрат топлива на 60%. СУ с электромотором мощностью 5,3 МВт обеспечивает достаточную мощность, чтобы ТРДД в условиях крейсерского полета работали на режиме, близком к режиму полетного малого газа. В результате этого дополнительное уменьшение затрат топлива составит ~ 10%. Однако, более крупные и тяжелые электро моторы и аккумуляторные батареи способствовали увеличению затрат энергии на ~ 8% по сравнению с аналогичным самолетом без электрической системы. Таким образом, рассматриваемая СУ позволила уменьшить затраты топлива и эмиссию вредных веществ, но ее влияние на общую энергоэффективность оказалось незначительным.

СУ с двигателем Electric Variable Engine (EVE). Компания Rolls-Royce North America (дочерняя компания Rolls-Royce) провела оптимизацию параллельной гибридно-электрической СУ на уровнях компонент, самолета и управления парком. В этой концепции СУ электромотор с питанием от аккумуляторной батареи используется для привода вентилятора при рулежке,на режиме малого газа и для увеличения мощности при взлете. При исследовании рассматривались электромоторы мощностью 1,3…2,6 МВт. В результате было достигнуто уменьшение затрат топлива на ~ 28% при дальности полета 1600 км и до ~ 10% при дальности полета 900 км.

СУ с ТРДД с приводом вентилятора через редуктор. Научно-исследовательский центр корпорации United Technology (United Technology Research Center) исследовал параллельную гибридно-электрическую СУ, в которой применяется ТРДД с приводом вентилятора через редуктор, обеспечивающий тягу ~ 106 кН, и электромотор мощностью 2,1 МВт, соединенный с валом каскада низкого давления. Такая схема СУ позволяет приводить во вращение каскад низкого давления либо с помощью ТНД, либо с помощью электромотора, либо с помощью обоих источников одно временно. Электромотор используется для повышения мощности во время взлета и набора высоты, что при водит к меньшей размерности газогенератора, в результате чего в условиях крейсерского полета эффективность двигателя увеличивается на ~ 2,3% по сравнению с обычным ТРДД ред.

Проведенные исследования показали, что рассматриваемая СУ обеспечивает уменьшение затрат топлива на 7…9% и снижение энергопотребления на 3…5% при дальности полета 1600 км при использовании батарей с удельной мощностью 1000 кВт×ч/кг. Кроме исследования концепций перспективных самолетов и их гибридных СУ, NASA проводит исследования в области электрических машин, поскольку они могут поддержать в ближайшей и среднесрочной перспективе разработку гибридных и электрических СУ для самолетов различного назначения. Основное внимание NASA уделяет электрическим машинам (генераторам и электромоторам), силовой электронике (конверторам и инверторам), а также кабелям для распределения и передачи электроэнергии при высоких уровнях тока и напряжения. В этих исследованиях удельная мощность и эффективность электрических машин являются ключевыми показателями, поскольку потери электроэнергии в них на уровне нескольких процентов приводят к киловаттам потерянной энергии. Также NASA инвестирует средства в исследования материалов для электрифицированных СУ, которые являются основополагающими для достижений в области электрических машин и соответствующего электрооборудования.

Применение разработанных мягких магнитных материалов нового поколения для компонентов электрических систем позволит повысить эффективность работы электрооборудования (индукторов, трансформаторов, конверторов и т.д.), уменьшить магнитные потери и размеры компонентов на системном уровне. Силовые кабели могут составлять значительную часть массы электрифицированной СУ и являются еще одной областью, в которой исследования материалов являются крайне важными. Рассматриваются три направления для уменьшения массы кабеля: работа при высоком напряжении; применение обычных проводников с удельной проводимостью выше, чем у меди; применение проводников со сверхпроводимостью. Успех этих направлений в значительной степени зависит от разработки изоляционных материалов, а также исследования материала с высокой проводимостью с использованием Cu-С-нанотрубок (Cu-CNT). На протяжении ряда лет ведутся исследования по разработке проводников со сверхпроводимостью с возможностью передачи переменного тока на частотах в несколько сотен герц, в результате которых получены обнадеживающие результаты. Такие сверхпроводники можно использовать для обмоток электромоторов или распределительных кабелей. Для проверки разработанных и разрабатываемых технологий создаются демонстраторы технологий, некоторые из которых показаны на Рис. 11. Исследования NASA в области электрифицированных СУ позволят значительно улучшить характеристики электрической системы, а их результаты могут найти широкое применение и в других областях энергетики.

Разработка критических технологий в Европе.

Европейские страны несколько позже, чем США, приступили к выполнению программ по созданию критических технологий в области авиации. Эти работы проводятся под эгидой Еврокомиссии в виде Рамочных программ и нацелены на обеспечение конкурентоспособности выпускаемой в Европе авиационной техники. Крупномасштабная разработка критических технологий в области авиационной техники началась в Пятой рамочной программе (FP5, 1998…2005гг., перво начальный срок–1998…2002гг.) и в настоящее время продолжается в Восьмой рамочной программе (Horizon2020, планируемый срок – 2014…2020 гг.). В рамках Шестой (проекты VITAL, NEWAC, DREAM) и Седьмой (проекты LEMCOTEC, ENOVAL, E-BREAK) рамочных программ разрабатывались критические технологии для авиационных двигателей СУ пассажирских самолетов 2020…2025гг., которые обеспечили бы достижение целевых индикаторов, установленных ACARE в Vision 2020. В этих проектах координаторами работ были компании Rolls-Royce, Safran и MTU Aero Engines. Рассмотренные в проектах схемы двигателей и критические технологии для компрессоров и турбин показаны на Рис. 12 и Рис. 13.

Используя результаты своего участия в Рамочных программах компания Rolls-Royce в 2015 г. приступила к отработке критических технологий для перспективных двигателей 2020…2025+ гг., выбрав для этого поэтапную стратегию развитии схемы двигателя (Рис. 14). На первом этапе компания, используя существующие и разрабатываемые в рамках специализированных программ технологии, сосредоточила свои усилия на разработке трехвального ТРДД с прямым приводом вентилятора, в котором для повышения термического и полетного КПД будут реализованы высокие значения степени двухконтурности m>11, суммарной степени повышения давления π*кΣ ≥  60 и температуры газа на входе в ТВД Т* г > 2000К. Благодаря этому ожидается, что расход топлива будет уменьшен на ~ 20% по сравнению с ТРДД Trent 700. Двигатель получил название Advance и на его базе будут разрабатываться ТРДД для широкофюзеляжных самолетов взлетной тягой R0»330…470 кН. На втором этапе компания сосредоточит свои усилия на разработке двухвального ТРДД с приводом вентилятора через редуктор, в котором для повышения термического и полетного КПД будут реализованы высокие значения степени двухконтурности m>15, суммарной степени повышения давления π*кΣ ≥ 70 и температуры газа на входе в ТВД Т* г >2000 К. Благодаря этому ожидается, что по сравнению с ТРДД Trent 700 расход топлива будет уменьшен на ~ 25%. Этот ТРДД получил название UltraFan и на его базе будут разрабатываться двигатели для узко- и широкофюзеляжных самолетов взлетной тягой R0»110…445 кН. В дальнейшем в зависимости от ситуации на рынке Rolls-Royce может предложить заказчикам и ТВВД (Open Rotor).

ТРДД Advance и UltraFan создаются на базе нового газогенератора, в котором по сравнению с газогенератором ТРДД Trent XWB перераспределена работа между каскадами среднего и высокого давления. В результате в ТРДД Advanceбудет применяться двухвальный газогенератор (4+10÷2+1), а в ТРДД UltraFan – одновальный (10÷2) и КСД будет выполнять роль подпорных ступеней с приводом от ТНД. Критические технологии для ТРДД Advance и UltraFan приведены на Рис. 15 и Рис. 16. Оба двигателя являются результатом участия компании Rolls-Royce в программах разработки критических технологий, в рамках которых были созданы демонстраторы технологий и проведены их испытания.

Участие в программах осуществляется как за счет собственных (в последние годы компания инвестирует в НИОКР приблизительно 1 млрд. фунтов ст. в год), так и бюджетных средств (активное участие в программах и проектах Европы–FP7, Clean Sky, Clean Sky 2 и США–HEETE, ADVENT, SFW, CLEENи т.д.). Для исследования разработанных и разрабатываемых технологий компания Rolls-Royce на базе нового газогенератора с использованием вентилятора ТРДД Trent XWB-84 и ТНД ТРДД Trent 1000 создала демонстрационный двигатель Advance 3. В ходе первого этапа испытаний, который завершился в сентябре 2018 г., демонстрационный двигатель наработал 100 ч и показал ожидаемые результаты по эффективности газогенератора и камеры сгорания. Кроме того, компания ведет автономные испытания редуктора, 10-ступенчатого компрессора, малоэмиссионной камеры сгорания и ТВД. Компания Safran направила свои усилия на разработку технологий для ТВВД. В рамках направления Sage 2 программы Clean Sky был разработан натурный демонстратор ТВВД тягой R0=102 кН с биротативным винтовентилятором диаметром DВВ=4 м и проведены его испытания на открытом стенде. Критические технологии, разработанные компанией, и ТВВД на стенде показаны на Рис. 17.

В ходе испытаний демонстрационного ТВВД были получены данные по уровню шума, которые обеспечили запас в ~ 3 EPNдБ относительно Главы 14 ИКАО (Рис. 18). По оценке компании Safran при установке такого двигателя на самолет можно ожидать обеспечение запаса по уровню шума в ~ 7…8 EPNдБ относительно Главы 14 ИКАО, что делает ТВВД весьма привлекательным с учетом его высокой экономичности. Компания MTU Aero Engines, тесно сотрудничающая с компанией Pratt & Whitney по семейству ТРДД PW1000G, разрабатывает в рамках программ Clean Sky и Clean Sky 2 технологии, направленные на повышение эффективности ТРДД с приводом вентилятора через редуктор (Рис. 19). В рамках Восьмой рамочной программы (Horizon 2020) рассматриваются концепции двигателей, которые могут удовлетворить целевым индикаторам ACARE 2050 г. Для их достижения рассматриваются три направления исследований – повышение эффективности термодинамического цикла, электрификация СУ и применение альтернативных видов топлива с низким содержанием углерода.

Одна из возможных схем двигателя, рассматриваемая в проекте ULTIMATE, показана на Рис. 20. По существу, это известная схема поршневого двигателя с турбонаддувом, на которую взглянули новыми глазами и приспособили к новым условиям. Впервые такая схема двигателя была предложена и реализована главным инженером компании Napier Nomad Ernest E. Chatterton в 1953 г. Благодаря наличию поршневой группы в таком двигателе можно получить очень высокие параметры термодинамического цикла (π*кΣ ≈ 100, Т* г ≈ 2500 К) и тем самым существенно повысить его эффективность. При этом поршневая группа может использоваться либо для повышения параметров цикла, либо для привода вала с движителем, либо для обеих целей одновременно. По оценке в условиях крейсерского полета (Н»11,7км, М»0,73) такой двигатель может обеспечить удельный расход топлива CRкр»0,414 кг/(кгс×ч).

По программе Horizon 2020 в рамках проектов по электрификации СУ (ASuMED, MAHEPA, H3PS, CENTERLINE и др.) разрабатываются:

• электромотор мощностью 2МВт и компоненты электрической системы с высокотемпературной сверхпроводимостью (Рис.21,а); варианты последовательной гибридно-электрической СУ с питанием электро мотора от генератора, уста нов ленного на валу поршневого двигателя, и от батареи топливных элементов для четырех местного самолета;
• гибридно-электрическая СУ с электроприводным хвостовым вентилятором (Рис. 21,б); компоненты электрической системы.

Среди европейских компаний инициатором разработки самолетов с электрифицированными СУ в рамках проектов «E-aircraft projects» является компания Airbus Group. Основные научно-исследовательские работы по этому направлению проводило подразделение компании Airbus Innovations (корпоративная исследовательская сеть компании Airbus Group). На Рис. 22 показаны основные направления работ компании с партнерами по созданию таких пассажирских самолетов. Наряду с исследованиями электрифицированных СУ проводятся работы и по разработке компонентов электрической системы. Одним из мировых лидеров в данном направлении была компания Siemens (в июне 2019г. ее подразделение по электрическим и гибридноэлектрическим СУ eAircraft приобрела компания RollsRoyce), которая разработала электромоторы мощностью 60…300 кВт с удельной мощностью около 6 кВт/кг, а также инверторы (Рис. 23). Компания Safran разработала электромотор мощностью 45 кВт с удельной мощностью 2,5 кВт/кг, предназначенный для прямого привода винта, и турбогенератор мощностью 600 кВт с удельной мощностью 8 кВт/кг, предназначенный для подачи тепловой и/или электрической энергии к многочисленным электро приводным винтам распределенной СУ в зависимости от участка траектории полета (Рис. 24). Также в Европе разрабатываются демонстраторы технологий на базе легких самолетов с гибридноэлектрическими СУ для проведения летных испытаний (Рис. 25)

Заключение

Создание новых технологий играет ключевую роль в обеспечении будущей конкурентоспособности авиационной техники, выпускаемой зарубежными компаниями. В этих программах разрабатываются критические технологии на ближайшую (2020…2025 гг.), средне срочную (2025…2035 гг.) и дальнесрочную (после 2035 г.) перспективы.

Разрабатываемые технологии предназначены для применения в двигателях как традиционных схем(ТРДД с прямым или редукторным приводом вентилятора, ТВВД), так и новых схем (двигатели комбинированного цикла, гибридные и электрические двигатели), в том числе с использованием альтернативного топлива с низким содержанием углерода. В настоящее время все ведущие зарубежные авиадвигателестроительные компании участвуют в программах по разработке критических технологий в обеспечение создания двигателей нового поколения, СУ с которыми будут максимально интегрированы слета тельным аппаратом, а по своим показателям двигатели будут существенно превосходить ТРДД пятого поколения. Применяемые в них технологии будут направлены не только на уменьшение затрат топлива (энергии), уровня шума и эмиссии вредных веществ, но и на снижение всех составляющих стоимости жизненного цикла.

По теме: Состояние двигателестроения за рубежом. Часть 1

Вверх