ГАЗОТУРБИНЫ, ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ, ГИБРИДЫ
В 2020 году будут проведены испытания в полете первого российского электродвигателя для авиации. Об этом сообщил генеральный директор Центрального института авиационного моторостроения имени П. И. Баранова Михаил Гордин. Эксперты говорят об электродвигателях для самолетов как об одном из трендов в развитии двигателестроения, но не единственном. Разбираем, что происходит в авиастроении и какое место в отрасли отводится электрическим двигателям.
Прототип российского электрического авиадвигателя
По словам Михаила Гордина, в настоящее время в ЦИАМ им. П. И. Баранова создан новый отдел «Гибридные и электрические силовые установки, системы и летательные аппараты». На этой базе идет работа над двумя научно-исследовательскими разработками. НИР «Электролет СУ-2020» ориентирована на создание гибридной силовой установки с использованием эффекта высокотемпературной сверхпроводимости. В прошлом году были проведены первые стендовые испытания и подготовлен проект разработки летающей лаборатории на базе самолета Як-40.
НИР «Перспективные ГСУ» создается под объекты меньшего размера. Попытка поднять в воздух электродвигатель на 60 кВт (80 лошадиных сил) исследователями уже предпринималась в 2019 году на самолете «Сигма-4». Однако по ряду технических причин полет не состоялся.
Обе разработки выполняются по государственным контрактам до 2022 года. В текущем году, как было объявлено, прототип «Перспективные ГСУ» будет испытан в полете.
Гибридная установка
Критерии надежности, которые применяются к двигателям однодвигательных самолетов, значительно выше, чем к двухдвигательным. Разработка такого двигателя усложняется и становится дороже. По мнению специалистов, упростить задачу может интеграция газотурбинного и электрического двигателей. Такая схема при отказе основного газотурбинного двигателя обеспечивает работу силовой установки от аварийного источника электрической энергии. В качестве аварийных могут использоваться первичные, неперезаряжаемые источники электрической энергии, которые имеют большую емкость, чем аккумуляторы.
Разработка подобной идеи на основе ВК-800 в настоящее время ведется специалистами Уральского завода гражданской авиации.
Пермские моторы
Почти одновременно с этой новостью пресс-служба администрации губернатора Пермского края заявила о том, что перспективный двигатель большой тяги ПД-35, разработанный заводом «ОДК-Пермские моторы», готовится к серийному производству в 2028 году.
В мае во время визита главы Минпромторга Дениса Мантурова на предприятие, было принято стратегическое решение о строительстве на территории завода испытательного комплекса для авиадвигателей. По словам Мантурова, предполагается создание «самого современного в Европе испытательного центра авиационных двигателей».
Одним из первых агрегатов, которые будут протестированы на новом стенде, станет ПД-35. В настоящее время планируется, что ПД-35 будет устанавливаться на ИЛ-96-400М, а также пассажирский самолет совместного российско-китайского производства CR-929. На базе универсального газогенератора также будет создана серия газотурбинных авиадвигателей различного применения с тягой до 50 тонн.
Разработка силовой установки ПД-35 ведется специалистами «ОДК-Авиадвигатель» с 2016 года. Это двухконтурный турбовентиляторный двигатель тягой 35 тонн, в котором применяется более 20 видов сплавов и материалов нового поколения, необходимых для существенного повышения параметров двигателя, снижения массы и соответствия экологическим требованиям относительно другой разработки завода — ПД-14. В январе 2020 стартовало серийное производство этого авиадвигателя, созданного для среднемагистрального лайнера МС-21.
«Пермские моторы» выступают в качестве главного производителя разработок. Создание первого прототипа ПД-35 планируется в 2023 году. Еще два года предприятию понадобится для окончательного завершения разработки и еще три года для запуска серийного производства.
Двигатели будущего
Тема применения электричества в производстве двигателей в последние годы выходит в тренды. Автопроизводители уже много лет разрабатывают модели электромобилей и электроавтобусов. Чем это объясняется? В современном мире критерий экологичности транспорта на втором месте после обеспечения безопасности. В 2010 году на саммите «Экология и авиация» представители отрасли приняли решение сократить эмиссию авиационного транспорта более чем в два раза к 2050 году. Причем, к указанному сроку прогнозируется трехкратное увеличение объема авиаперевозок. Существующие технологии не способны обеспечить этот эффект. Именно поэтому ведущие производители авиационной техники и двигателей рассматривают возможности использования в самолетах электрических и гибридных силовых установок.
В мире свои версии электрических и гибридных двигателей уже представили такие компании, как Siemens, MagniX, NASA, Eviation, Zunum, E-Thrust и другие.
Среди преимуществ использования электрических авиадвигателей эксперты называют экологичность, снижение уровня шума и возможность экономии на топливе до 50-80% по сравнению с обычными рейсами. В разы снизятся затраты на ремонт и обслуживание машин. В Норвегии уже принят план перехода к 2040 году на пассажирские перевозки с использованием электрических летательных аппаратов.
Однако в процессе разработки электродвигателей эксперты столкнулись с проблемой ограничения дальности полетов из-за невысокой емкости аккумуляторов при высоком уровне потребления электроэнергии. Кроме того, установка электродвигателя требует перестройки всех внутренних систем самолета и приводит к снижению грузоподъемности. Еще одно ограничение применения электродвигателей в авиации — установка только на небольших машинах вместимостью до 20 человек.
По словам генерального директора ЦИАМ им. Баранова Михаила Гордина, к 2035-2040 году полностью электрическими могут быть только летательные аппараты малой авиации. Также к этой категории относятся летающие такси вместимостью до четырех человек. А вот пассажирские лайнеры дальних полетов, по оценкам специалистов, будут иметь в своих системах гибридные силовые установки.
Пресс-центр ЭНЕРАЛ
Источники:
https://iz.ru/1001916/2020-04-20/v-rossii-sozdan-prototip-elektricheskogo-aviadvigatelia
https://www.aex.ru/news/2020/3/30/210740/