Прогноз развития технологий создания гибридных и электрических авиационных силовых установок

«Электрификация» является сегодня одним из ведущих направлений в авиастроении: с ней связывают снижение расходов топлива, вредных выбросов, повышение надёжности авиационной техники. Формирование обликов гибридных и электрических силовых установок (СУ), исследования их эффективности в составе летательных аппаратов (ЛА), разработка и испытания демонстраторов технологий – вот неполный перечень задач, над которыми работают специалисты Центрального института авиационного моторостроения имени П.И. Баранова (ЦИАМ, входит в НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского»), сообщает пресс-служба института.

Исследователи ЦИАМ провели анализ ключевых технологий, необходимых для создания гибридных и электрических силовых установок, и на основании экспертных оценок сделали прогноз по их развитию до 2035 года.

За последние годы произошёл качественный прорыв в повышении удельных характеристик электрических машин, что связано прежде всего с появлением мощных редкоземельных постоянных магнитов и высокочастотной силовой электроники. Уже сейчас в промышленности выпускаются электродвигатели и электрогенераторы, обладающие удельной мощностью 5-6 кВт/кг и КПД на уровне 96%. «Через 10 лет ожидается увеличение удельной мощности в два раза – до 10-12 кВт/кг и увеличение КПД до 98%», – делится выводами исследований начальник отдела ЦИАМ Антон Варюхин.

Читайте также:  Из Международного аэропорта «Симферополь» открываются рейсы в Иваново

Использование электрических двигателей для привода воздушных винтов или вентиляторов позволяет создавать принципиально новые концепции летательных аппаратов, например, различные многороторные схемы ВКЛА (винтокрылые летательные аппараты), обеспечивающие укороченный взлёт и посадку.

Наибольшую сложность вызывает вопрос источников электрической энергии.

В области электрохимических источников энергии наибольшие перспективы имеют твёрдополимерные водородные топливные элементы (ТПТЭ). Наилучшие обладают удельной мощностью 2кВт/кг. Но сложности вызывает вопрос хранения водорода. Сейчас наилучшие системы хранения сжатого водорода при давлении 700 атмосфер обеспечивают удельную энергию всей системы, включающей ТПТЭ и систему хранения, на уровне 700-800 Вт*ч/кг. Это существенно больше ёмкости современных аккумуляторов. Перспективным является хранение водорода в жидком состоянии. По оценкам, хранение водорода в криогенных сосудах может обеспечить удельную энергию системы на уровне 3000 Вт*ч/кг.

Читайте также:  Из аэропорта «Платов» открыты рейсы в Челябинск и Минеральные Воды

Большинство разработчиков сегодня ведут исследования в области создания гибридных СУ, то есть таких, которые характеризуются наличием двух или более источников энергии на борту ЛА. Одним из них может быть аккумулятор, другим – генератор, приводимый во вращение газотурбинным двигателем.

Ряд исследователей сходятся во мнении, что 2 МВт – это предельная мощность для традиционных электрических машин. «Для дальнейшего увеличения мощности требуется использовать в конструкции двигателя сверхпроводящие материалы, – рассказывает Антон Варюхин. – Например, ЦИАМ в сотрудничестве с компанией «СуперОкс» — лидером в области создания ВТСП-лент (высокотемпературные сверхпроводники) разрабатывает гибридную СУ на базе электромотора на сверхпроводниках. В ближайшие годы запланированы её наземные испытания, а в 2020 году – лётные».

Можно спрогнозировать, что в 2030 году единичная мощность сверхпроводниковых электрических машин составит не менее 2МВт при удельной мощности 10-12 кВт/кг, с учётом криогенной системы охлаждения. А к 2035 году мощность достигнет уровня 5МВт при удельной мощности 20 кВт/кг.

Читайте также:  Авиация России: итоги 2017, планы на 2018

Заместитель Председателя Правительства РФ Дмитрий Рогозин отметил важность разработки ЦИАМ, посетив во время работы МАКС-2017 стенд Института. Демонстратор электрической (гибридной) силовой установки стал объектом повышенного интереса журналистов, гостей и участников авиакосмического салона.

Справка

ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова» – единственная в стране научно-исследовательская организация, осуществляющая комплексные научные исследования и научное сопровождение разработок в области авиадвигателестроения – от фундаментальных исследований физических процессов до совместной работы с ОКБ по созданию, доводке и сертификации новых двигателей, в том числе наземных газотурбинных установок. Все отечественные авиационные двигатели создавались при непосредственном участии института и проходили доводку на его стендах.

На фото: гибридно-электрический двигатель ЦИАМ, МАКС-2017 / (с) Андрей Величко, Авиация России