Я уже писал о том, что приход электрической тяги в авиацию состоялся и обратной дороги уже не будет. Я разделяю мнение, что это может полностью перевернуть сложившийся уклад авиационной отрасли. Конечно произойдет это не одномоментно, потребуются годы, а может быть десятилетия, но думаю, что так и произойдет в конечном итоге.
Исторически, гражданская авиация пошла по пути, по которому пошла, в поисках оптимального соотношения стоимости перевозки к скорости перемещения. Особенно активно самолеты начали увеличиваться в размерах с появлением реактивных двигателей, больших, мощных и дорогих. «Росли» они и до появления реактивной тяги, но не так быстро. Это закономерно потому, что другого пути просто не было, кроме как разделить на как можно бОльшее количество пассажиров стоимость моторов, плюс стоимость потребляемого ими топлива. Чем больше самолет, тем дешевле как правило пассажиро/километр - один основных параметров, на который смотрят авиакомпании при выборе воздушного судна для своего флота. Есть еще такой показатель, как удельный расход топлива, выраженный в граммах в расчете на 1 пассажира на 1 километр пути. Например:
на Cessna 172 (если кто не в курсе, самый массовый самолет в мире, одномоторный) c поршневым двигателем Lycoming IO-360L2A, из расчета 4 человек на борту (вместе с пилотом) этот показатель составляет ~38 г/пасс-км;
на Boeing 737-300 на 149 пассажиров - 25,5 г/пасс-км;
на Boeing 787 Dreamliner на 330 пассажиров - 19 г/пасс-км.
Чувствуете разницу? Огромный Boeing расходует в расчете на пассажира вдвое меньше топлива чем Cessna, при чем если пилота Cessna не считать «пассажиром», то больше чем в два раза. Еще можно учесть, что Cessna летит на бензине, который по определению дороже чем керосин. Тем не менее, не всех это останавливает, кто-то предпочитает лететь на собственном самолете, пусть это дольше и дороже, как многие в предпочитают стоять в пробках, но с комфортом на собственном авто, а не пользоваться общественным транспортом.
Теперь же, за счет применения электрической тяги, появляется возможность сократить топливную составляющую примерно в 10(!) раз, именно на столько стоимость электричества меньше стоимости керосина по текущим ценам. И пока что эта "опция" будет доступна для лишь небольших воздушных судов. Что мы получаем - 38 г/пасс-км условной Cessna превращаются в условные 3,8 г/пасс-км в перерасчете на электричество и она стремительно вырывается вперед по этому показателю, с огромным отрывом от условного Boeing.
К сожалению, не все так "шоколадно" на деле. Реализовать это прямо сейчас не дает ограниченная емкость батарей. Сегодня уже можно лететь на электричестве, но не далеко. Однако есть и хорошая новость - возможность вырабатывать необходимую электрическую мощность на борту, получив гибридную силовую установку с более высоким КПД чем у ДВСа.
«Экологичность» электрического транспорта и так под большим вопросом. Не секрет, что до 70% электроэнергии на планете вырабатывается сжиганием углеводородов. На гидро, ветро, атомную, солнечную и иные экзотические виды генегаций приходится всего около 30%. Из них только ветряки и какие-нибудь приливные электростанции можно назвать сколько нибудь экологичными, но они далеко не везде применимы и требуют систем накопления энергии (батарей) для обеспечения равномерного гарантированного электроснабжения.
Средний КПД генераторов, сжигающих углеводороды составляет +/- 40%. Далее, сложившая исторически система централизованной генерации с последующим распределением по проводам вносит свой "вклад". При преобразованиях выработанной энергии и доставке до потребителя по проводам, теряется еще до 25% от выработанного. Итого, общий КПД сложившейся системы около 30%. Таким образом, вырабатывая электричество на месте с тем же КПД 40%, мы вуаля - заботимся об окружающей среде. Существуют наработки как его увеличить до 60%, но до широкой публики они пока не дошли.
Вырабатывая электричество "на борту" автомобиля или самолета, мы получаем то, что в обиходе называется "гибрид". Гибридная силовая установка может быть параллельной или последовательной.
Пример последовательной схемы - карьерные самосвалы БелАЗ, в некоторых из которых, дизельный генератор вырабатывает энергию для двигателей на колесах. Тут свои плюсы - отсутствие сложной трансмиссии, простота и надежность. Еще пример, в котором будет работать последовательная схема - коптер. ДВС на каждый винт ставить слишком сложно, дорого и ненадежно, так что один генератор может выдавать мощность на нужное количество винтов, наличие на борту буферной батареи позволит аварийно приземлиться в случае отказа ДВС.
Параллельная схема реализуется на большинстве гибридных автомобилей, в ней ДВС и электромоторы-генераторы совместно «трудятся» над тем, что бы вращать колеса. Владельцы гибридных автомобилей не дадут мне соврать об их топливной эффективности. Я ездил совсем немного на одном из "японцев", по ощущениям, аппетит у него раза в 2 скромнее по сравнению с бензиновой версией той же мощности.
Еще такой пример пришел в голову - современные болиды Формулы 1. Те кто смотрит эти гонки более-менее серьезно знают, что сейчас в чемпионате эра гибридных силовых установок. Быстрейшие в истории машины при этом являются и самыми эффективными. По текущему регламенту, на гонку средняя протяженность которой 304-306 км и длится около 1,5 часов, в машину может быть залито не более 100 кг топлива (133 литра). Мощность гибридных силовых установок при этом достигает 1000 л с. Если грубо прикинуть их удельный расход топлива, то получается что «кушают» они в гоночном режиме не более 70 грамм на лошадиную силу в час. Для сравнения, современные дизельные двигатели, как наиболее экономичные представители ДВС, потребляют около 200 грамм в час на лошадиную силу. То есть, если взять например последнюю версию БМВ М3 мощностью 510 л с, влить в нее 133 литра бензина (дополнительный бак потребуется) и попытаться пройти аналогичную гоночную дистанцию в режиме «газ в пол», то при вдвое меньшей мощности она просто.. не доедет до финиша, просто не хватит топлива. Не будем обижать БМВ, скорее всего, на именно Вашей машине результат будет такой же.
Что это значит для авиации. Последовательная схема уже опробована на тяжелом коптере (взлетный вес 240 кг). Это уже летает и скоро получит свое продолжение.
Параллельная схема, это по сути ДВС и электрический мотор-генератор на одном валу, связанные через муфту. Максимальная мощность авиационных моторов используется кратковременно, как правило на взлете (2-3 минуты), далее следует уменьшение оборотов и мощности до крейсерских режимов 60-70% от номинала. Имея электрический двигатель в качестве «помощника» на взлете, потребуется ДВС меньшего объема, мощности, веса, «аппетита» и стоимости. Дальше появляется выбор, в зависимости от емкости батареи на борту, какое время можно лететь на электричестве на случай например отказа ДВС и вынужденной посадки.
Есть еще один аспект - электрический двигатель может выполнять роль «активного маховика» для ДВС, сглаживая рывки, возникающие при возгорании смеси в цилиндрах. Скажете «ерунда»? Ничего подобного - практика показывает, что эффективность воздушного винта на электрическом двигателе возрастает на 7-10% за счет отсутствия «срывов» потока воздуха в следствии этих самых рывков, а это дополнительная экономия топлива на те же самые 7-10%.
В случае с воздушным винтом, это трудно рассмотреть. Для наглядности, взгляните на то, как электрический мотоцикл «разрывает в клочья» ДВСы на ледовой трассе. При сопоставимой мощности, более ровный электрический крутящий момент лучше реализуется на льду, не происходит срыва ведущего колеса в момент вспышки в цилиндре и бензиновые собратья глотают пыль.
Что же все это значит? Становится доступно и удобно полететь например из Тулы или Рязани в Крым, Турцию или Европу не на большем самолете через Москву, а на маленьком с ближайшего аэродрома. Лететь можно только своей семьей (актуально для времен «короны»), со скоростью не 800-900 км/ч, а по-медленней, но оказаться там же за сопоставимую стоимость. Да, долетим мы не за 1,5 часа до Крыма, а за 3 или даже 5, но не придется тратить время на то, что бы добраться до одного из московских аэропортов, это часа 3-4 и само по себе то еще приключение. И прилететь можно не в Симферополь, а на маленький аэродром на побережье. Так что по времени можно еще и выиграть.
Все что написано выше, это уже не фантазии. Пока гиганты спят, а минпромторг 20 лет создает «замену АН-2», работы над электрическими и гибридными силовыми установками ведутся. В условиях ограниченных ресурсов, не так быстро как хотелось бы, медленно но верно. Так что, прав я или нет, покажет небольшое по меркам истории время. Одно сейчас могу сказать с уверенностью - это точно будет не Cessna )
