Облик "полностью электрического самолета" Предъявление высоких требований к самолетам следующего поколения, с точки зрения стоимости эксплуатации, экологичности и топливной эффективности, ставит перед авиационными специалистами целый ряд проблем, которые требуют поиска принципиально новых подходов к построению энергетической системы самолета. Как известно, в настоящее время на самолетах используются три вторичные энергетические системы: система электроснабжения, гидравлическая система, пневматическая система.
Такое построение бортовой системы энергоснабжения для перспективных ЛА не является оптимальным, требует существенных затрат на его эксплуатацию и вызывает значительные трудности при интеграции бортового оборудования. Одним из наиболее перспективных направлений создания конкурентоспособного отечественного самолета является переход к концепции самолета с полностью электрифицированным оборудованием (условное устоявшееся наименование – "полностью электрический самолет" или ПЭС).
Под "полностью электрическим самолетом" понимается самолет с единой централизованной системой электроснабжения, обеспечивающей все энергетические потребности самолета.
На ПЭС электрическая энергия будет применяться для питания наиболее энергоемких систем, которые традиционно использовали для своего функционирования гидравлическую и пневматическую энергию. К таким системам, прежде всего, относятся: • система управления аэродинамическими поверхностями и взлетно-посадочными устройствами самолета; • система кондиционирования воздуха; • противообледенительная система самолета; • система запуска авиадвигателя.
Реализация концепции ПЭС позволит исключить (минимизировать) централизованную гидросистему самолета и ликвидировать пневмосистему с отбором воздуха от авиадвигателя. На рис.1 представлены основные системы "полностью электрического самолета".
Возможность и целесообразность создания самолетов с полностью электрифицированным оборудованием в настоящее время обусловлены:
• развитием силовой электроники и разработкой на их базе мощных полупроводниковых преобразовательных устройств и бесконтактной твердотельной коммутационной и защитной аппаратуры;
• разработкой новых магнитных материалов и созданием на их основе мощных источников электрической энергии и двигателей электромеханических приводов систем управления полетом, не уступающим по своим основным характеристикам гидро- и пневмоприводам;
• значительными успехами в области микроэлектроники и микропроцессорной техники, открывшими реальные перспективы внедрения цифровых систем управления электро-энергетическим комплексом.
Развитие концепции ПЭС.
Исследования по разработке концепции "полностью электрического самолета" (All electric aircraft) начались в конце 1970-х годов. За рубежом стремление к созданию самолета с полностью электрифицированным оборудованием появилось в результате исследований по программе энергетически эффективного самолета. Эта программа наряду с усовершенствованиями аэродинамики, силовой установки и конструкции рассматривала возможности повышения летно-технических характеристик самолета путем ликвидации отбора воздуха от авиадвигателя, применения электродистанционных систем управления полетом.
В нашей стране также проводились серьезные исследования, связанные с разработкой "полностью электрического самолета". В этих работах принимали участие ведущие научно-исследовательские и учебные институты, самолетостроительные и агрегатные конструкторские бюро. Следует выделить обширную научно-исследовательскую работу, выполненную рядом организаций авиационной промышленности по определению весовых характеристик бортового оборудования тяжелого транспортного и легкого маневренного полностью электрифицированных самолетов. Исследования показали, что наибольший эффект от повышения уровня электрификации следует ожидать на крупных пассажирских и транспортных самолетах. По некоторым оценкам, реализация концепции ПЭС применительно к тяжелому транспортному самолету позволит получить:
• снижение потребления топлива – 8-12%;
• снижение полной взлетной массы – 6-10%;
• снижение прямых эксплуатационных расходов – 5-10%;
• снижение стоимости жизненного цикла – 3-5%;
• увеличение среднего налета на отказ – 5-6%;
• снижение времени технического обслуживания – 4-4,5%.
Результатами этих работ явились разработки самолетов с повышенным уровнем электрификации:
- пассажирские самолеты А-380
- Boeing 787
- многоцелевой истребитель F-35
- БПЛА "Барракуда".
На данных летательных аппаратах реализованы многие положения концепции ПЭС.