Как сделать наиболее экономичным весь полет, включая взлет и посадку, увеличив при этом ресурс силовой установки крылатой машины? Такую задачу ставят перед собой российские конструкторы.
Понятие гибридной силовой установки (ГСУ) получило активное развитие благодаря автопрому, где уже используется в качестве двигателя некий симбиоз тепловых и электрических машин. Суть явления в том, что автомобиль приводится в движение благодаря их совместной работе.
Пришло время ГСУ и для авиационной отрасли. Как отмечают ее представители, КПД газотурбинных двигателей, которые и отвечают за мощность силовых установок самолетов и вертолетов, обеспечивая привод винтов, близок к своему пределу. В качестве дальнейших перспектив специалисты предлагают новую технологию - гибридную силовую установку на основе газотурбинного привода и электромотора. В этом случае электрический двигатель играет вспомогательную роль.
Как это происходит? Известно, что на взлете самолета все его системы работают с повышенными нагрузками. Затем движение выравнивается и приобретает стабильный характер, комфортный и для пассажиров, которым в это время позволяется вставать с кресел, и, с точки зрения технических расходов, для самой машины, идущей на одной скорости. Такой режим полета называется крейсерским. И он единственный наиболее комфортный для летательного аппарата. Применение гибридного принципа позволит обеспечивать работу газотурбинного двигателя на максимально эффективном для него уровне в течение всего полета. Разработать новую конструкцию планируется в Петербурге на площадке "ОДК-Климов", входящего в госкорпорацию "Ростех".
В чем преимущества гибридного самолета или вертолета? В том, что замена классических силовых установок на ГСУ позволит значительно снизить потребление энергии, уровень шумов и количество выбросов в атмосферу. Экономия топлива, увеличение ресурса, когда материальная часть изнашивается меньше, - вот те показатели, к которым стремятся разработчики. Недостаток мощности газотурбинного мотора компенсируется электродвигателем, объясняет заместитель генерального конструктора "ОДК-Климов" Ирина Сморчкова.
Как отмечает проректор Санкт-Петербургского Политехнического университета доктор технических наук Виталий Сергеев, авиационному двигателю важно работать в режиме, близком к "номиналу". И электромотор может позволить приблизить работу газотурбинной установки к оптимальному режиму.
Будущее за теми, кто располагает подобными преимуществами. В частности, забота об экологии - один из важнейших поводов для конкурентной борьбы на авиационном рынке, подчеркивает заместитель директора программы разработки перспективного вертолетного двигателя "ОДК-Климов" Михаил Шемет. Например, на "рулежке" в аэропорту можно использовать чисто электрическую тягу, когда нет никаких выбросов.
Подпитка электроэнергией решает многое, и проектирование электрических машин под авиационные нужды началось. Но когда конструкторы пытаются решить задачу повышения эффективности авиалайнеров с помощью энергии аккумуляторов, вес батарей неизменно сводит все усилия разработчиков на нет. Ведь в авиации жесткие весовые ограничения.
В реальности существуют лишь небольшие сверхлегкие самолеты с несколькими посадочными местами, работающие исключительно на электрической тяге. Как рассказал директор Центрального института авиационного моторостроения Михаил Гордин, пока в мире нет ни одного электрического коммерческого самолета, способного перевозить пассажиров или грузы. Между тем перед отечественными разработчиками ставится задача сформировать концепт ГСУ для легкой авиации, используемой, скажем, в гражданских целях на местных авиалиниях дальностью до 250 км или для решения военных задач. И здесь уже одной электротягой не обойтись. Слишком тяжелые получатся аккумуляторы. В этом смысле энергетика электричества на порядок уступает энергетике керосина. Бак с керосином и газотурбинный двигатель значительно легче, чем электрический с батареями. Поэтому гибридная технология становится оптимальной комбинацией для легких вертолетов и самолетов. Примечательно, что для каждого конкретного летательного аппарата она определяется отдельно, позволяя найти лучший вариант с увеличением эксплуатационных ресурсов, уменьшением расхода топлива и сокращением выбросов.
Повысить экономичность современных двигателей станет возможным и за счет внедрения искусственного интеллекта, задача которого - управление системами ГСУ, в том числе подачей топлива и перераспределением энергии, считает профессор Виталий Сергеев. Что, безусловно, будет способствовать надежности эксплуатации машины.
Применение искусственного интеллекта выводит гибридную технологию на принципиально новый уровень технического прогресса. И заинтересованность государства в инновационном развитии могла бы стать поддержкой в начинании. Сейчас российские специалисты приступили к научно-исследовательским работам по созданию гибридной силовой установки в инициативном порядке. Включение этой инициативы в одну из госпрограмм стало бы логичным продолжением экономической политики, необходимой для выхода новой отечественной продукции на международный рынок и укрепления обороноспособности страны.
Ближайшая задача - объединить все научно-производственные силы для разработки конкурентоспособного продукта, собрав вместе не только представителей авиапрома, но и всех смежников, включая электронную и энергетическую промышленность, с участием министерства обороны. Интегратором и локомотивом в этой работе станет "ОДК-Климов". Для подготовки технических решений предстоит определить конкретный объект применения установки нового поколения, что особенно важно для создания ее конструкции.
Зачем нужен такой летательный аппарат, сверхнасыщенный суперсистемами? Прежде всего, для совершенствования способов диагностики воздушного судна, возможности получать онлайн-информацию прямо во время полета по всем необходимым характеристикам. Экспресс-анализ позволит, не дожидаясь авиационного происшествия, оперативно устранять проблему, проведя локальный ремонт. Предсказательная диагностика станет гарантией безопасности полета.
По мнению экспертов, ГСУ будет востребована в различных отраслях. Ее производственная платформа может быть разной, начиная с беспилотников, заканчивая бронетехникой и аэротакси. Гибридизация, считают разработчики, дает возможность по-другому подойти к конструированию самого летательного аппарата, открывая широкие и порой неожиданные перспективы.