Российский гибридный авиадвигатель проходит испытания в России. Что о нём известно?
Центральный институт авиационного моторостроения занимается созданием гибридной силовой установки для регионального самолёта, который сможет перевозить от 80 до 100 пассажиров. Об этом рассказал генеральный директор Андрей Козлов.
Уникальной чертой этой системы является использование жидкого водорода как хладагента, что почти втрое повысит эффективность электрических агрегатов. Ранее институт завершил испытательные полёты гибридного двигателя на самолёте Як-40, рассчитанном на 32 пассажира. По мнению специалистов, эта гибридная система выгодна благодаря своей повышенной экономичности и уменьшению выбросов загрязняющих веществ.
Гибридная силовая установка ЦИАМ Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова (ЦИАМ)
Московские специалисты разрабатывают гибридную силовую установку мощностью от 1,5 до 2 МВт, сообщил RT директор Центрального института авиационного моторостроения имени П.И. Баранова, Андрей Козлов.
«Следующий этап научно-исследовательских работ направлен на создание мощной гибридной системы — мощностью 1,5—2 МВт (примерно 2—2,7 тыс. л.с.). Особенность этого проекта заключается не только в более мощном турбовальном двигателе, но и в использовании нового типа хладагента», — отметил Козлов.
Он подчеркнул, что успешное завершение этих исследований позволит разработать технологии для производства линейки подобных установок, которые смогут обеспечивать полёты самолетов вместимостью до 80—100 пассажиров.
По словам Козлова, самолёты с такой технологией могут появиться в ближайшие 10—15 лет (2030—2035 гг.) и в дальнейшем, к 2040-м годам, региональные авиалайнеры.
ЦИАМ планирует переключиться с жидкого азота на жидкий водород в качестве хладагента, что увеличит мощность электроустановок почти в три раза.
«Использование жидкого водорода, который кипит при -253 °C, даст значительные преимущества перед жидким азотом (кипит при -196 °C) и позволит многократно увеличить мощность электромашин без изменения массы и размеров установки», — объяснил Козлов.
Есть перспектива применять водород (H2) как топливо, ведь его сгорание не производит углекислый газ и обеспечивает большую энергию на единицу массы в сравнении с авиационным керосином. По мнению Козлова, если будет принято решение об испытаниях водородной установки, они займут около пяти лет.
Глава ЦИАМ уточнил, что институт уже работает над научно-исследовательскими проектами по созданию топливной системы для установки на жидком водороде. На текущий момент разработан технический проект и создан демонстрационный образец бака для хранения 300 литров жидкого водорода.
Содержание:
Уникальная схема
Ранее ЦИАМ завершил исследования на силовой установке с мощностью 500 кВт (679 л. с.). В этом проекте также принимали участие столичный институт ЗАО «СуперОкс», УГАТУ и Фонд перспективных исследований.
Функциональность установки была проверена в лётных испытаниях на летающей лаборатории Як-40ЛЛ, которая была создана на базе регионального самолёта с вместимостью до 32 человек.
В носовой части самолёта был установлен воздушный винт, который вращался за счёт электродвигателя, работающего от аккумуляторов и генератора, который приводился в действие газотурбинным двигателем (ГТД). Во время взлёта и набора высоты использовались ГТД и аккумуляторы. В ходе крейсерского режима работал только ГТД, подзаряжая при этом аккумуляторы. Эта гибридная силовая установка (ГСУ) стала первым в мире подобным изобретением, проверенным в реальной эксплуатации.
«Демонстратор ГСУ включал в себя электродвигатель с мощностью 500 кВт с обмотками из высокотемпературных сверхпроводников, стандартный ГТД с генератором и комплект литий-ионных аккумуляторов. Это устройство не разрабатывалось для конкретного самолета, но в ходе испытаний моделировался цикл полёта регионального авиалайнера», — сообщают в ЦИАМ для RT.
В институте убеждены, что в перспективе такая технология благодаря мощи дополнительного источника позволит облегчить ГТД, оптимизируя его под крейсерский режим, что приведёт к снижению общего расхода топлива до 20%.
«Таким образом, вместо двух дорогих в производстве и обслуживании ГТД, можно использовать один, а его отказ в полёте будет компенсироваться аккумуляторами», — подчёркивают в институте.
Такая схема может найти применение в местных и региональных воздушных судах. Её испытание в летающей лаборатории стало значительным достижением отечественного авиапрома, подчеркнули в ЦИАМ.
Один вместо двух
Как отметил в беседе с RT главный редактор портала Avia.ru Роман Гусаров, ГСУ имеет ряд существенных преимуществ в сравнении с классическими авиационными двигателями.
«Самолёт, как правило, летает на двух газотурбинных двигателях. В ГСУ предлагается использовать один агрегат, который вырабатывает электроэнергию, а также аккумуляторы и электромотор. Гибрид легче двух двигателей и занимает меньше места. Таким образом, ГСУ позволяет экономить большой объём топлива и при этом увеличивается грузоподъёмность летательного аппарата», — пояснил Гусаров.
Ещё одним достоинством силового агрегата, который создаёт ЦИАМ, эксперт назвал «щадящий» режим работы единственного газотурбинного двигателя.
«Авиационный двигатель всегда изготавливается с учётом необходимости работы на пиковых, экстремальных режимах. ГСУ практически исключает это. В итоге снижается износ газотурбинного двигателя, повышается его надёжность», — рассказал Гусаров.
Однако он обратил внимание и на то, что практическое применение авиационного гибрида сопряжено с некоторыми трудностями. В частности, ГСУ слабо приспособлена для установки на нынешние двухдвигательные самолёты.
«Работа ЦИАМ показывает, что Россия способна создать полноценную работоспособную ГСУ — это перспектива 2030-х годов. Но просто так её невозможно установить как на давно летающие, так и на новые самолёты. Целесообразнее всего создать под ГСУ отдельный тип самолёта, в котором будет обеспечено оптимальное соотношение весовых, мощностных и тяговых характеристик», — отметил Гусаров.
В беседе с RT заместитель главного редактора журнала «Авиапанорама» Владимир Попов подчеркнул, что ЦИАМ реализует важный для российской гражданской авиации проект. Опыт испытаний Як-40ЛЛ позволяет сделать вывод, что внедрение ГСУ способно повысить эксплуатационные характеристики отечественных самолётов.
«Гибридная силовая установка летает уже сегодня. Это показатель серьёзных успехов ЦИАМ. ГСУ полностью отвечает экологическим тенденциям и в эксплуатации должна быть более экономичной», — сказал Попов.
Однако, как отметил эксперт, для создания ГСУ необходимо решить ряд ключевых задач. Главной проблемой является обеспечение устойчивости аккумуляторов и электрических машин к экстремально высоким нагрузкам.
«Ключевой нюанс, если мы говорим про электрическую часть ГСУ, — это надёжная защита от перегрева. Но дополнительная система охлаждения может утяжелить двигатель и свести на нет преимущества авиационного гибрида. Насколько я понимаю, ЦИАМ отказался от этой затеи и сделал ставку на новый хладагент в виде жидкого водорода. Это тоже непростая техническая задача, но у наших инженеров достаточно компетенций, чтобы её решить», — подытожил Попов.
Источник — https://dzen.ru/a/ZzEiwYhLUH_bErdG
