В пятницу, 5 февраля, на аэродроме Сибирского научно-исследовательского института авиации имени Чаплыгина (СибНИА) в Новосибирске начались наземные испытания демонстратора гибридной силовой установки (ГСУ), в состав которой входит первый в мире сверхпроводниковый электрический авиадвигатель.
Как рассказали RT в пресс-службе Центрального института авиационного моторостроения имени Баранова (ЦИАМ), демонстратор реализует последовательную гибридную силовую установку. Создающий тягу воздушный винт приводится во вращение электромотором, который получает энергию от аккумуляторов и от генератора, вращаемого газотурбинным двигателем (он оптимизирован под крейсерский режим полёта и будет питать как электромотор, так и аккумуляторы).
Испытания проходят на летающей лаборатории, созданной на базе пассажирского самолёта Як-40. Во время презентации инженеры проверили совместную работу всех систем самолёта, в том числе демонстратора гибридной силовой установки и штатных двигателей.
Головной исполнитель проекта гибридной силовой установки — ЦИАМ, который вместе с СибНИА, подготовившим летающую лабораторию, входит в состав Национального исследовательского центра «Институт имени Н.Е. Жуковского».
Электромотор демонстратора ГСУ был разработан специалистами ЗАО «СуперОкс» в рамках совместного проекта с Фондом перспективных исследований (ФПИ). А электрический генератор является совместным детищем ЦИАМ и Уфимского государственного авиационного технического университета.
Как сообщили в пресс-службе ФПИ, в ходе проведённых испытаний демонстратора ГСУ «подтверждена правильность выбранных электротехнических, прочностных и компоновочных решений, отмечена корректная совместная работа самолётного оборудования и ВТСП-электродвигателя» (с использованием эффекта высокотемпературной сверхпроводимости).
В Фонде перспективных исследований подчёркивают, что успешная реализация проекта в перспективе позволит изготавливать отечественные ГСУ и электроэнергетические комплексы для полностью электрических самолётов и вертолётов, «отличающихся от существующих образцов авиационной техники более совершенными эксплуатационными характеристиками».
Тенденция развития транспортной системы
Как заявил RT генеральный директор ЦИАМ Михаил Гордин, лётные испытания демонстратора ГСУ запланированы на вторую половину 2021 года. При этом инженерам предстоит провести большой объём работ, прежде чем приступить к опытно-конструкторскому этапу.
«Наверное, здесь мы, как и спортсмены, немного суеверны... Только после успешного завершения комплекса испытаний можно будет говорить о зрелости технологий ГСУ, позволяющих переходить к выполнению опытно-конструкторских работ», — сказал Гордин.
По его словам, в 2021 году пройдут испытания демонстратора ГСУ, у которого сверхпроводящим является только электрический двигатель. В 2022-м будет тестироваться опытный агрегат, у которого сверхпроводящими станут также генератор и силовая электрическая шина.
В состав текущей компоновки демонстратора ГСУ входят серийный турбовальный мотор, генератор, аккумуляторы и электродвигатель с использованием эффекта высокотемпературной сверхпроводимости проектной мощностью 500 кВт.
Проект создания гибридной силовой установки соответствует государственной политике РФ, направленной на широкое внедрение в авиационную отрасль систем электродвижения. Интеграция таких технологий позволит значительно сократить эмиссию вредных веществ, уровень шума, увеличить топливную экономичность и повысить безопасность полётов.
Как пояснили RT в пресс-службе ЦИАМ, охлаждаемый жидким азотом электромотор получает энергию от генератора (400 кВт), вращаемого газотурбинным двигателем, и блока литий-ионных аккумуляторных батарей (100 кВт).
Электромотор с воздушным винтом размещён в носовой части Як-40ЛЛ, двигатель с генератором — в хвосте самолёта (вместо штатного двигателя АИ-25). Все остальные системы ГСУ находятся в фюзеляже машины.
Практически все узлы, элементы и системы демонстратора ГСУ, за исключением газотурбинного двигателя, разработаны впервые.
Отдельно гендиректор ЦИАМ отметил продукцию компании «СуперОкс». По его словам, российская компания — один из мировых лидеров в производстве высокотемпературных сверхпроводников 2-го поколения.
Выбор в качестве базы для летающей лаборатории самолёта Як-40 Михаил Гордин объяснил достаточно скромными габаритами этой машины и наличием у неё трёх двигателей, что оптимально для установки основных элементов демонстратора ГСУ.
«Вообще для лётных испытаний авиационных двигателей традиционно используется летающая лаборатория на базе самолёта Ил-76, но это очень большой и к тому же дорогой в эксплуатации самолёт. Для наших целей мы искали самолёт поменьше. В итоге свой выбор остановили на Як-40. Он идеально подходит для поставленных нами целей», — пояснил гендиректор ЦИАМ.
В свою очередь, гендиректор Института имени Жуковского Андрей Дутов рассказал журналистам, что разработчики надеются, что уже через два года будет создана следующая летающая лаборатория на базе самолёта Ту-114, которая сможет летать на электромоторах без вспомогательных двигателей. Он добавил, что разработка не имеет аналогов в мире и к отечественным специалистам уже обращались представители компаний Siemens и Airbus с предложениями о сотрудничестве.
«Это историческое событие. На сегодняшний день в гражданской авиации технологии исчерпаны и идёт борьба за зелёную авиацию, за будущее авиации, за новые виды топлива... Это первый шаг к созданию электрического самолёта», — цитирует Дутова ТАСС.
По словам Михаила Гордина, развитие систем электродвижения — одна из тенденций развития транспортной системы как внутри России, так и в мире в целом. Топ-менеджер добавил, что программы создания и применения гибридных и электрических силовых установок реализуются всеми ведущими производителями авиационной техники.
«Гибридные и электрические силовые установки дают летательному аппарату преимущества, способные решить массу технологических проблем. Это увеличение топливной экономичности, экологичности, надёжности и безопасности», — подчеркнул Гордин.
«Требуется больше энергии»
Как полагают эксперты, российские предприятия находятся в начале пути создания гибридных авиационных двигателей. При этом испытания демонстратора ГСУ свидетельствуют о том, что у нашей страны есть все шансы стать лидером в области развития систем электродвижения для вертолётов и региональных самолётов.
«В России по этому направлению уже достигнуты достаточно серьёзные результаты. Однозначно, в этом сегменте научно-технического прогресса мы одни из первых. Сама технология гибридных и электрических двигателей прорывная. Если всё удачно сложится, то мы сможем создать турбовинтовой самолёт на электротяге», — заявил в беседе с RT заслуженный лётчик России Владимир Попов.
По словам эксперта, в перспективе Россия получит серьёзную экономическую выгоду от практической реализации концепции ГСУ: такие авиационные двигатели будут более простыми в эксплуатации и экологичными. Кроме того, самолёты будущего смогут заряжать аккумуляторы с помощью энергии Солнца.
«В дальнейшем можно размещать солнечные батареи на поверхности крыла и фюзеляжа — они будут подпитывать самолёт в полёте. Когда самолёты летают на больших высотах, за облаками, там всегда много солнца. Более того, даже в лунную ночь можно преобразовывать свет от естественного спутника Земли в электрическую энергию», — рассуждает Попов.
В то же время, как пояснили эксперты, российским инженерам предстоит решить массу сложных задач. Прежде всего, им необходимо значительно повысить ёмкость аккумуляторов и уменьшить массогабаритные характеристики ГСУ. Завершение работ на этом направлении — это перспектива 2030-х годов.
«Гибридная установка — это двигатель внутреннего сгорания, работающий на топливе аккумулятор и сам электродвигатель. Все эти агрегаты пока очень много весят. Соответственно, для подъёма самолёта в воздух и обеспечения более-менее далёкого полёта требуется больше энергии», — отметил обозреватель журнала «Арсенал Отечества», авиационный эксперт Дмитрий Дрозденко.
Преграды на пути создания компактной и мощной ГСУ может убрать появление более совершенных высокотемпературных сверхпроводников, подчеркнул эксперт. Появление таких материалов наряду с увеличением ёмкости аккумуляторов станет по-настоящему революционным событием, считает собеседник RT.
«В принципе, проекты с электрификацией авиации упираются в отсутствие требуемых источников питания. Когда аккумуляторы будут содержать в себе хотя бы в два раза больше энергии при том же весе, это будет прорыв. Именно над этим, как я полагаю, сегодня усердно работают российские специалисты», — резюмировал Дрозденко.