В России до конца 2022 года будет изготовлен прототип авиационной гибридной силовой установки. После сборки агрегата начнутся испытания, чтобы подтвердить характеристики и правильность принятых технических решений. Как ожидается, ГСУ будет устанавливаться на различные типы БПЛА, вертолеты, самолеты и малоразмерные корабли. По мнению экспертов, российская силовая установка позволит создавать новые летательные аппараты, сокращать расход топлива и выбросы вредных веществ в атмосферу.
До конца нынешнего года российские предприятия соберут демонстратор (прототип) гибридной силовой установки (ГСУ). В настоящее время началось изготовление аккумуляторной батареи, электрических машин, газотурбинного привода, блоков силовой электроники и управления ГСУ.
Головным разработчиком авиационного гибрида является АО "ОДК-Климов", которое находится в Санкт-Петербурге. Предприятие – часть Объединенной двигателестроительной корпорации Ростеха.
"Полностью завершен этап разработки конструкторской документации демонстратора ГСУ мощностью 150 кВт, сформирован состав кооперации, предприятия приступили к изготовлению элементов и составных частей. До конца этого года демонстратор должен быть собран и испытан", –сообщил генеральный конструктор АО "ОДК-Климов" Всеволод Елисеев.
После сборки прототипа ГСУ начнутся испытания с целью подтверждения характеристик и правильности принятых технических решений, уточняют в ОДК.
Заместитель главного редактора журнала "Авиапанорама" Владимир Попов пояснил, что ГСУ представляет собой силовой агрегат, сочетающий использование электротяги и энергии традиционного двигателя. Как правило, электромоторы обеспечивают крейсерский режим полета, а агрегат внутреннего сгорания – взлет и посадку, пояснил эксперт.
"Создание авиационных гибридов – общемировая тенденция. Это наиболее подходящий силовой агрегат в плане экологичности. К тому же у электродвижения в авиации в принципе очень большой и нераскрытый потенциал", – отметил Попов.
По данным разработчика, гибридизация позволяет "эффективно управлять потоками энергии и выбирать наиболее оптимальные режимы работы ее источников" по сравнению с традиционными силовыми установками.
Энерговооруженность и экономичность
Макет ГСУ был представлен разработчиком на Международной выставке вертолетной индустрии HeliRussia-2022 в МВЦ "Крокус Экспо»
В состав демонстрируемого широкой публике гибрида входят электродвигатели, блоки силовой электроники, электрогенератор, аккумуляторная батарея (АКБ), газотурбинный двигатель (ГТД) и воздушные винты.
"Движители летательного аппарата (винты) приводятся во вращение от электродвигателей, питание которых может осуществляться как раздельно от генератора или АКБ, так и за счет их суммарной энергии. Генератор также обеспечивает возможность подзаряда АКБ", –сообщили представители ОДК.
Мощность ГСУ на взлетном режиме составляет 500 кВт, удельная энергоемкость – 200 ватт-час/кг, номинальная мощность электродвигателя – 125 кВт, удельный расход топлива в оптимальном режиме работы газотурбинного агрегата – не более 0,347 кг/кВт-час.
ГСУ может устанавливаться на большое количество носителей.
На сайте корпорации говорится, что "потенциальными объектами применения" нового силового агрегата являются легкие многоцелевые вертолеты, перспективные БПЛА, летательные аппараты взлетной массой 2-8 т, самолеты местных воздушных линий, бизнес-авиация, воздушные комплексы вертикального взлета и посадки.
ГСУ может быть установлена также на летательные аппараты "циклолетного типа". Речь идет о воздушных носителях, способных вертикально взлетать и приземляться, в том числе на наклонные поверхности.
В России уже создан циклолет-беспилотник массой 60 кг. Предполагается, что этот БПЛА будет востребован при проведении десантных операций.
Еще один циклолет в рамках проекта "Циклокар" в настоящее время создает Институт теплофизики имени Кутателадзе СО РАН совместно с Фондом перспективных исследований (ФПИ). Ученые этого института планируют создать летающий автомобиль. Масса такого аэромобиля составит примерно 2 т, максимальная полезная нагрузка – 600 кг, скорость – до 250 км/ч, дальность полета – до 500 км.
Большие перспективы открываются перед ГСУ и в сфере морской авиации. Благодаря летательным аппаратам на гибридных двигателях можно перевозить грузы, проводить спасательные операции и заправлять авиацию в воздухе.
"Для выполнения этих функций актуальна высокая топливная эффективность, увеличенная энерговооруженность летательных аппаратов и безопасность полетов, возможность быстрого форсирования мощности. Все эти преимущества может дать применение ГСУ", – сообщил исполнительный директор АО "ОДК-Климов" Александр Ватагин.
Кроме того, гибридная силовая установка может использоваться как двигатель для скоростных маломерных судов различного назначения, а в будущем благодаря накопленному научно-техническому заделу ею можно будет оснащать корабли большей размерности.
В настоящий момент к достоинствам ГСУ относят увеличение дальности полета, снижение выбросов вредных веществ, повышенный срок службы газотурбинного двигателя, сокращение расхода топлива на 15-20% и обеспечение повышенной электрификации носителя.
Наряду с этим благодаря отсутствию жесткой связи между элементами ГСУ позволяет оптимально распределить "массы по фюзеляжу" и открывает возможность для создания новых конструкций летательных аппаратов. В частности, гибрид поможет разработать воздушные платформы со сверхкоротким взлетом и посадкой.
Единый энергоузел
В качестве привода в ГСУ используется перспективный двигатель ВК-650В, который создается для вертолетов "Ансат", "Ансат-У", Ка-226Т и VRT500. Пока эти вертолеты оснащаются импортными двигателями.
Особенность ВК-650В заключается в реализации схемы с одноступенчатым центробежным компрессором, турбиной компрессора и свободной турбиной. Предполагается, что такой подход позволит получить улучшенные удельные параметры мощности.
"К преимуществам ВК-650В относятся модульность конструкции, высокий ресурс двигателя, цифровая система автоматического регулирования типа FADEC. Унифицированный двигатель может применяться на различных типах многоцелевых вертолетов, как в двухдвигательной, так и в однодвигательной модификациях", – сообщили в ОДК.
"В рамках дальнейшей работы над двигателем планируется применение современной технологии "цифрового двойника". С ее помощью будут проводиться высокопроизводительные вычисления, разработка системы управления, моделирование натурных испытаний, оптимизация процесса автоматизации обмена данными и их обработки", – уточняют в ОДК.
Как заявили в ОДК, в ближайшее время будут проведены стендовые испытания опытных образцов унифицированного двигателя. Серийное производство ВК-650В должно развернуться в 2024 году.
Главный редактор портал Avia.ru Роман Гусаров отметил, что ВК-650В – абсолютно новая разработка, которая будет широко востребована как в вертолетной отрасли, так и для дальнейшего развития программы ГСУ.
"ВК-650В избавит Россию от зависимости в определенных сегментах авиации от зарубежных двигателей. Помимо этого, ВК-650В, безусловно, является крайне важным элементом ГСУ. Именно от него во многом зависит эффективность работы гибрида: он должен вращать генератор, который будет вырабатывать электричество, заряжающее батареи", – пояснил Гусаров.
Эксперт уверен, что будущее всей авиации – за двигателями, использующими электрическую энергию.
"Сейчас наиболее перспективное направление – это ГСУ, где традиционные и электрические двигатели помогают друг другу. Сложнее всего, на мой взгляд, создать для гибрида систему управления, которая учитывала бы особенности работы электромоторов, обеспечивала бы полет в нужных параметрах и без сбоев. Однако для российских разработчиков на сегодняшний день нет нерешаемых проблем", – уверен эксперт.