НОВАЯ ТЕМА. ГИБРИДНАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА
(ЦИАМ им. П.И. Баранова) Перед авиационной промышленностью поставлена крайне амбициозная цель: к 2050 году вдвое сократить общий объем выбросов CO2 в окружающую среду. С учетом роста объема перевозок, топливная экономичность летательных аппаратов для достижения этой цели должна вырасти примерно в шесть раз от уровня 2000-го года. Данная задача не решаема в рамках существующих технологий и требуется новый качественный скачек в аэродинамическом облике магистральных самолетов, видах силовых установок, типах топлива, схемах организации воздушного движения.
В части силовых установок мнение практически всех ведущих разработчиков авиационной техники сходятся в том, что это должны быть гибридные/электрические силовые установки с использованием либо синтетического топлива, либо водорода. Применение в составе ЛА гибридных силовых установок (ГСУ) открывает возможность оптимального перераспределения энергии от нескольких источников к различным движителям и потребителям. Например, в так называемой последовательной ГСУ первичным источником электрической энергии является электрический генератор (ЭГ), вращаемый турбовальным газотурбинным двигателем (ТвГТД). Энергия с генератора подается на один или несколько электрических двигателей (ЭД), вращающих воздушные движители. Мощности генератора и вращающего его ТвГТД достаточно для поддержания крейсерского полета и подзарядки аккумуляторов, которые в свою очередь дают дополнительную энергию ЭД на режимах взлета и набора высоты. При такой схеме требуемая мощность ТвГТД существенно меньше, чем для классической силовой установки (СУ). Кроме этого, ТвГТД практически всегда может работать на одном, наиболее оптимальном режиме, т.е. при минимальном расходе топлива. В следствии меньшей мощности двигатель будет иметь меньшую массу. За счет отсутствия необходимости работать на чрезвычайных режимах ТвГТД будет обладать большим ресурсом, будет более надёжен и более экологичен. Кроме этого, применение ГСУ позволяет реализовывать принципиально новые аэродинамические схемы и компоновки, обеспечивающих наиболее оптимальную взаимную интеграцию планера и силовой установки.
Ключевым требованием, обеспечивающим эффективность ГСУ, является высокая удельная мощность электрических компонент (электрические двигатели, генераторы, силовые электрические кабельные линии, силовая электроника). Современный уровень совершенства традиционных «теплых» (без сверхпроводимости) электрических машин составляет 5 кВт/кг для электродвигателей и 7 кВт/кг для электрогенераторов единичной мощностью до 500 кВт. С учетом развития технологий в течении ближайших 5-10 лет реально увеличение этих характеристик до 7-8 кВт/кг для электродвигателей и 10-12 кВт/кг для электрогенераторов. Для лёгких ЛА (входящих в категорию АП-23) такие параметры по ряду критериев (удельный расход топлива, вредные выбросы, шум) уверенно обеспечивают более высокую эффективность ГСУ по сравнению с традиционными.
Схема демонстратора гибридной силовой установки показана на рисунке. Он состоит из турбовального газотурбинного двигателя ТВ2-117, который является первичным приводом электрического генератора мощностью до 400 кВт с номинальной частотой вращения вала ротора 12000 об/мин.
Пришло время?!