Недавно двигателестроители впервые показали четырехметровый опытный образец гибридной силовой установки – новой разработки для малой авиации. Также они представили новый подход к созданию силовых установок. Конструкторы планируют использовать принцип «лего», то есть силовые установки под различные задачи будут собирать из отдельных компонентов.
О новой разработке и какое будущее открывает развитие этого перспективного направления в нашем материале.
Перспективная разработка
Перспективные гибридные и электрические силовые установки открытой архитектуры разрабатывает петербургское предприятие ОДК-Климов Объединенной двигателестроительной корпорации. Инновационный подход позволит собирать из отдельных компонентов различные силовые установки. Для этого разрабатываются различные электродвигательные установки, энергоузлы, аккумуляторные батареи, из которых, как из элементов пазла, можно будет собрать любую силовую установку мощностью до 1,5 МВт.
Двигатели планируется применять на транспортных беспилотниках, аэротакси и самолетах вертикального и сверхкороткого взлета и посадки.
В основу перспективных разработок легла гибридная силовая установка (ГСУ) с заложенной мощностью 500 кВт, созданная на основе нового авиационного двигателя ВК-650В для вертолетов. Этот двигатель стал базовым не случайно - его малый вес – всего 105 кг, а также хорошие удельные характеристики и ресурс оптимальны для создания на его базе ГСУ.
Впервые полноразмерный четырехметровый опытный образец гибридной силовой установки с заложенной мощностью 500 кВт конструкторы ОДК-Климов представили на Международной промышленной выставке «Иннопром» в Екатеринбурге.
ГСУ включает в себя газотурбинный и электрические двигатели, электрический генератор, аккумуляторные батареи и силовую электронику. Проще говоря, авиационный двигатель в паре с генератором вырабатывают электрический ток, который питает аккумуляторы, электрические двигатели и электрооборудование воздушного судна.
Преимущества «гибридов»
Возникает закономерный вопрос: зачем такая сложная конструкция, если без традиционного газотурбинного двигателя все равно не обойтись? Рассмотрим преимущества применения гибридных силовых установок на примере воздушного судна самолетного типа с двухдвигательной схемой.
Во-первых, при использовании гибридной силовой установки нужен один газотурбинный двигатель вместо двух. И это значительная экономия средств. В случае, когда речь идет о малой авиации, нередко стоимость силовой установки равна или превышает стоимость самого летательного аппарата.
Второе преимущество – в процессе эксплуатации придется обслуживать и ремонтировать лишь один двигатель, вместо двух.
Третье – двигатель будет работать на номинальных режимах, не выходя на форсированные (например, взлетный), а значит существенно увеличится межремонтный ресурс, что также снизит стоимость эксплуатации. По расчетам разработчиков ресурс применяемого в составе ГСУ двигателя может быть увеличен на 20-30% за счет оптимального режима работы.
Четвертое – работа одного двигателя, да еще только на номинальных режимах, это заметная экономия топлива, что также положительно скажется на общей экономике эксплуатации воздушного судна.
И, наконец, пятое. В первую очередь идет речь о применении ГСУ на транспортных беспилотниках и аэротакси, а самолеты вертикального и сверхкороткого взлета и посадки рассматриваются в далекой перспективе. И на это есть причины: сегодня сертификационный базис не допускает использование для перевозки пассажиров воздушного судна вместимостью более 9 пассажирских кресел с одной силовой установкой. Формально по этому признаку, да и по ряду других, дорога гибридных силовых установок в коммерческую авиацию закрыта.
Но это сегодня. А ведь «завтра» может наступить очень быстро. Например, ещё несколько лет назад мы и представить себе не могли, что электросамокаты и электробусы станут обыденностью, а между Москвой и Санкт-Петербургом будут курсировать беспилотные фуры.
Требование двухдвигательной компоновки летательных средств связано исключительно с обеспечением безопасности в случае проблем в работе одного из двигателей. И здесь перспективные гибридные схемы могут обеспечить даже более высокий уровень безопасности полетов.
Если воздушное судно с ГСУ будет оснащено аккумуляторами, способными поддерживать работу электродвигателей хотя бы 30-40 минут, то в случае отказа газотурбинного двигателя самолет с двумя ГСУ сохранит оба работающих двигателя, а не один при традиционной схеме. Более того, это обеспечит и полную управляемость, которая также частично теряется при нештатных ситуациях в традиционной двухдвигательной схеме.
Таким образом, кажущийся недостаток может очень быстро обернуться преимуществом, а сертификационные стандарты пересмотрены и адаптированы к новым реалиям.
ГСУ – будущее малой авиации
Сегодня, говоря о перевозке пассажиров и грузов, можно рассуждать о перспективах внедрения гибридных силовых установок на малые воздушные суда, как беспилотные, так и пилотируемые.
Эксперты подтверждают, что гибридные силовые установки это, без сомнения, будущее мировой авиации. Особенно это направление перспективно для беспилотных систем.
И специалисты ОДК уже значительно продвинулись в создании ГСУ с заложенной мощностью 500 кВт и, как мы уже сказали, работают над созданием линейки гибридных и электрических силовых установок для летательных аппаратов будущего.
Параллельно специалисты ОДК готовят сертификационный базис, так как для России сертификация гибридных силовых установок - явление новое. Этот вопрос еще предстоит обсуждать с экспертным сообществом.
Таким образом, двигателестроители не просто говорят о перспективах ГСУ, а серьезно работают в этом направлении, уже не первый год показывая не макеты, а действующие опытные силовые установки.
Сейчас гибридная силовая установка на базе перспективного двигателя ВК-650В уже проходит комплексные стендовые испытания, которые подтвердили надежную совместную работу всех систем и узлов демонстратора ГСУ.
Завершить опытно-конструкторские работы и приступить к серийному производству ГСУ специалисты петербургского предприятия ОДК-Климов планируют в перспективе нескольких лет.