Вверх на электричестве: электросамолёты будущего
Наиболее реальными на сегодня кажутся перспективы электросамолетов, построенных по гибридной схеме.
Это означает, что движитель летательного аппарата (винт или винтовентилятор) будет приводиться в движение электромотором, а вот электричество он получит от генератора, вращаемого… газотурбинным двигателем (или другим ДВС).
На первый взгляд такая схема кажется странной: от ГТД хотят отказаться в пользу электродвигателя, но не собираются этого делать.
Гибридных проектов в мире тоже уже немало, однако нас в первую очередь интересует Россия. Работы по электросамолету, в частности с гибридной схемой, велись в разных научных институтах авиационного профиля — таких, как ЦАГИ или ЦИАМ.
Сегодня эти и некоторые другие учреждения объединены (с 2014 года) под эгидой Научно-исследовательского центра «Институт имени Н. Е. Жуковского», призванного стать единым мощным «мозговым трестом» отрасли.
Задача комплексирования в рамках центра всех работ по электроавиации возложена на Сергея Гальперина, которого мы уже цитировали в начале статьи.
Эскиз одного из вариантов российского регионального самолета с гибридной силовой установкой (ГТД — электрогенератор — электромотор)
1. Вспомогательная силовая установка на топливных элементах
- Водородные топливные элементы
- Турбокомпрессор для обеспечения высотности
2. Турбовальный газотрубный двигатель
- Для вращения генератора
- Вспомогательное или основное энергопитание
3. Электрогенератор
- На основе высокотмпературной сверхпроводимости при мощностях выше 500−800 кВт
4. Система передачи энергии
- На основе высокотемпературной сверхпроводимости или кабель с жидкостным охлаждением
5. Аккумуляторные батареи
- Буфер энергии
- Вспомогательное или основное энергообеспечение
6. Электродвигатель
- На основе высокотемпературной сверхпроводимости при мощностях выше 500−800 кВт
«Переход на электродвигатели в авиации открывает немало интересных перспектив, — говорит Сергей Гальперин, — но рассчитывать на создание коммерческого электросамолета с приличной для российских условий дальностью на чисто химических источниках энергии (батареях или топливных элементах) в ближайшем будущем не приходится: слишком разнится энергетический потенциал килограмма керосина и килограмма аккумуляторов. Гибридная схема могла бы стать разумным компромиссом. Надо понимать, что ГТД, непосредственно создающий тягу, и ГТД, который будет приводить в движение вал генератора, — это совсем не одно и то же.
Дело в том, что у самолета в ходе полета значительно изменяются энергетические потребности. На взлете авиационный двигатель развивает мощность, близкую к максимальной, а при движении на крейсерском участке (то есть большую часть полета) энергопотребление самолета снижается в 5−6 раз.
Таким образом, традиционная силовая установка должна уметь работать в широком диапазоне режимов (не всегда оптимальных с точки зрения экономики) и быстро переходить от одного к другому. Ничего подобного не потребуется от ГТД в гибридной установке.
Он будет подобен газовым турбинам электростанций, которые работают всегда в одном и том же, самом экономически выгодном режиме. Работают годами, без остановки».
Ce-liner Концепт полностью электрического самолета, разработанный немецким исследовательским институтом Bauhaus Luftfahrt. Авторы полагают, что прогресс в области электробатарей позволит их детищу пролетать до 1300 км на одной зарядке уже к 2030 году, а к 2040-му — до 3000 км.
С помощью генератора ГТД сможет вырабатывать энергию для непосредственного питания электродвигателей, а также для создания запаса в аккумуляторах. Помощь аккумуляторов понадобится как раз на взлете.
Но поскольку работа электромоторов на взлетном режиме продлится всего несколько минут, запас энергии не должен быть очень большим и батареи на борту могут быть вполне приемлемыми по размеру и весу. У ГТД при этом никакого взлетного режима не будет — его дело спокойно вырабатывать электричество.
Таким образом, в отличие от авиадвигателя ГТД в гибридном электросамолете будет менее мощным, более надежным и экологичным, проще по конструкции, а значит, дешевле и, наконец, будет обладать большим ресурсом.
Дуем на крыло
При этом переход на электродвигатели открывает перспективы принципиальных новшеств в конструкции гражданских самолетов будущего. Одна из наиболее обсуждаемых тем — создание распределенных силовых установок.
Сегодня классическая схема компоновки лайнера предполагает две точки приложения тяги, то есть два, редко четыре, мощных двигателя, висящих на пилонах под крылом.
В электросамолетах рассматривается схема размещения большого числа электродвигателей вдоль крыла, а также на его концах. Зачем это нужно?
Дело опять же в разнице взлетного и крейсерского режимов. На взлете при малой скорости набегающего потока летательному аппарату для создания подъемной силы необходимо крыло большой площади. На крейсерской скорости широкое крыло мешает, создавая избыточную подъемную силу.
Проблема решается за счет сложной механизации — выдвижных закрылков и предкрылков.
Самолеты меньшего размера, взлетающие с небольших аэродромов и имеющие для этого большие крылья, вынуждены идти на крейсерском участке с неоптимальным углом атаки, что приводит к дополнительному расходу топлива.
Электрические самолёты: будущее, которое наступило
Эра авиастроения, начавшаяся более века назад, в ближайшем будущем может кардинально измениться, причём, обусловлено это будет не созданием каких-либо уникальных летательных аппаратов, а доработкой ныне существующих конструкций.
На сегодняшний день стоимость перелёта на воздушных судах из одной точки земного шара в другую определяется главным образом объёмами затраченного горючего, и хотя крупнейшие в мире авиастроители, в частности, речь идёт о корпорациях «Airbus» и «Boeing», активно вкладывают средства в создание более эффективных двигателей, однако, если перелёты и удаётся удешевить, то не более чем на 10-12%. Тем не менее, далеко не все осознают, что будущее авиации уже наступило, в частности, на сегодняшний день существуют пять разнообразных моделей электрических самолётов, способных перемещаться на дальних расстояниях, расходуя при этом на 40-50% меньше горючего.
Самолёт Airbus E-Fan
Наибольших успехов в создании электрических самолётов добилась европейская авиастроительная корпорация «Airbus».
Обусловлено это в первую очередь тем фактом, европейский производитель прекрасно осознаёт, что далеко не во всех регионах земного шара имеется достаточное количество углеводородного топлива, а учитывая постоянный спрос на него, уже в будущем, стоимость нефти, а равно и топлива созданного на его основе, лишь продолжит расти.
Исходя из этого, корпорация «Airbus» уже несколько лет трудится над созданием электрических самолётов, причём, речь идёт как о частных летательных аппаратах, так и о полномерных авиалайнерах, способных перевозить на своём борту до 180-150 пассажиров.
Прекрасным примером инженерной мысли авиаконструкторов из корпорации «Airbus» является проект Vahana, представляющий собой одноместное воздушное судно, которое может использоваться для полетов, как в городской черте, так и на довольно внушительных расстояниях.
Предполагается, что подобные летательные аппараты в ближайшем будущем придут на смену обычным автомобилям, так как при помощи этого воздушного судна можно беспрепятственно перемещаться на дистанциях до 150 километров при максимальной скорости полёта в 120 кмч.
Летательный аппарат Airbus Vahaha
Отнюдь не менее интересным проектом корпорации «Airbus» является электрический летательный аппарат CityAirbus, представляющий собой один из видов общественного транспорта, в частности, при помощи этого воздушного средства, можно будет перемещаться в радиусе 50 километров, при максимальной вместимости на борту до 14 человек. Предполагается, что после начала серийного производства этих летательных аппаратов, стоимость перелёта в них составит порядка 20 долларов за каждых 10 километров маршрута, что является весьма приемлемым.
Проект CityAirbus
Отнюдь не меньших успехов смогла добиться американская авиастроительная компания «Zunum Aero», которая с 2013 года занимается разработкой двух моделей электрических пассажирских самолётов, одна из которых ориентирована на эксплуатацию в секторе коммерческих перевозок, а другая нацелена на бизнес-перевозки.
Реализация бизнес-джета Zunum AeroJet намечена на 2020 год, и вполне вероятно, этот 10-местный самолёт сможет успешно конкурировать с крупнейшими в настоящий момент авиастроителями, занятыми в секторе производства самолётов административного типа.
Что же касается модели Zunum Aero CRJ, то сроки реализации данного проекта будут зависеть от успешности создания бизнес-джета, но, по мнению экспертов, это воздушное судно сможет успешно подняться в воздух уже к 2022 году.
Самолёт Zunum Aero CRJ
Израильские инженеры из компании «Eviation» также смогли сильно продвинуться в реализации проекта создания электрического самолёта предназначенного для перевозки на своём борту людей.
Как сообщают представители компании «Eviation», самолёт Eviation Aircraft сможет совершать перелёты на дистанциях до одной тысячи километров, при максимальной вместительности на борту до 12 человек.
На данный момент проект всё ещё находится в стадии реализации, однако, предполагается, что уже к 2023 году самолёт сможет произвести свой первый полёт.
Самолёт Eviation Aircraft
Коммерческий пассажирский лайнер Wright Electric представляет собой довольно интересный проект, реализуемый американскими инженерами и учёными.
Как следует из официальных данных, этот самолёт позволяет перевозить на своём борту до 186 пассажиров на дистанциях до 900 километров, что вполне подходит для полётов по местным, региональным и даже международным маршрутам, при этом, по сравнению с обычными самолётами, стоимость перелёта может сократиться на 50-60%.
Самолёт Wright Electric
Фактически, авиастроители активно внедряют новые технологии, и будущее авиации мы сможет увидеть и ощутить уже в будущем десятилетии.
Костюченко Юрий специально для Avia.pro
В россии приступили к созданию электросамолета
Национальный исследовательский центр «Институт им. Н.Е. Жуковского» приступил к разработке ключевых технологий, которые будут положены в основу создания электрического отечественного самолета.
На первом этапе усилия будут направлены на создание уникальной гибридно-электрической силовой установки, основанной на использовании сверхпроводников.
На основе отработанных технологий затем планируется приступить к созданию серийного электрического двигателя для самолета на 9–19 пассажиров.
Как заявил «Известиям» генеральный директор НИЦ «Институт им. Н.Е. Жуковского» Андрей Дутов, Россия включается в процесс создания электрических самолетов.
Первый шаг — это создание демонстратора гибридно-электрической силовой установки номинальной мощностью 500кВт и ее отработка на летающей лаборатории.
На Международном авиационно-космическом салоне МАКС-2017, который будет проходить с 18 по 23 июля в подмосковном Жуковском, будет впервые представлен макет создаваемого двигателя.
— Программа рассчитана на три года, и по ее итогам на основе отработанных технологий можно будет приступать к созданию серийного электрического двигателя для самолета размерностью на 9–19 пассажиров, — рассказал Андрей Дутов.
По его словам, для создания гибридной установки впервые будут использованы высокотемпературные проводники, благодаря которым снимаются физические ограничения для повышения мощности авиационных электрических двигателей. В дальнейшем эти наработки можно будет использовать для создания научно-технического задела для силовых установок полностью электрических региональных и магистральных самолетов.
https://www.youtube.com/watch?v=SdExfYjFb34
Генеральный директор Центрального института авиационного моторостроения им. П.И. Баранова Михаил Гордин отметил, что электрификация самолетов — это наиболее значительное новшество в авиации после внедрения реактивного двигателя.
— Реализация концепции полностью электрического самолета позволит авиастроителям добиться повышения уровня надежности, удобства эксплуатации, экологичности, сокращения эксплуатационных затрат, — пояснил «Известиям» Михаил Гордин.
По мнению экспертов, общий потенциал повышения эффективности от использования традиционных технологий в авиастроении к 2030 году не превысит 35–40% от сегодняшнего уровня.
Заместитель директора Центра анализа стратегий и технологий Константин Макиенко считает, что сейчас каждый новый технологический продукт отличается от предыдущего буквально на 3–5%.
При этом, чтобы получить эти проценты роста, надо тратить всё больше и больше средств.
— И по авиадвигателям, и по аэродинамике практически достигнут потолок. Так что действительно нужно ждать скачка, сопоставимого с переходом от винтовой к реактивной авиации. И электрические самолеты — это одно из наиболее вероятных направлений прорыва, — подчеркнул Константин Макиенко.
Эксперты отмечают, что создание инновационной электрической технологии в области авиастроения даст толчок развитию и других отраслей, включая судостроение и производство железнодорожной и автомобильной техники, в частности, в сфере повышения автономности, энерговооруженности, компактности.
Работы по освоению электрических технологий для авиации сегодня ведутся во всем мире. По прогнозным оценкам, первый полностью электрический самолет на 180 пассажиров может быть построен не ранее 2050 года.
В реализации российского проекта участвуют ЦИАМ, Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С.А. Чаплыгина, Центральный аэрогидродинамический институт им. профессора Н.Е.
Жуковского, а также ЗАО «СуперОкс», специализирующееся на разработке технологии производства высокотемпературных сверхпроводниковых проводов второго поколения.
Координатором проекта выступает НИЦ «Институт им. Н.Е. Жуковского».
Справка «Известий»
Международный авиационно-космический салон МАКС-2017 пройдет в 13-й раз. В этом году ему исполняется 25 лет. Заявки на участие в авиасалоне подали 169 иностранных участников из 32 стран (в 2016 году их было 150 из 30 стран). На выставке будут представлены 10 национальных павильонов — Германии, Франции, Италии, Швейцарии, Чехии, Китая, Индии, Канады, Белоруссии и Ирана.
Гости авиасалона увидят немало новинок. В частности, истребитель МиГ-35С, прототип многоцелевого вертолета Ка-62, а также среднемагистральный пассажирский самолет МС-21.
«Вертолеты России» представят опытные прототипы машин Ми-38 и Ми-171А2.
Также будет показан модернизированный самолет Ан-2. На авиасалоне продемонстрируют новинки в области беспилотников, самолетов малой авиации, бортового радиоэлектронного оборудования и наработки по электрическому самолету.
В дни массового посещения запланированы фестиваль воздухоплавательных аппаратов и фестиваль скорости «Форсаж», где летательные аппараты будут участвовать вместе со скоростными автомобилями.
В летной программе МАКС-2017 примут участие восемь пилотажных групп, среди них «Русские витязи», «Стрижи», «Соколы России», «Русь», «Первый полет», «ЧелАвиа Team», Baltic Bees Jet Team из Латвии и Fursan Al Emarat из ОАЭ.
Авиация России
Не подумайте, что речь в статье пойдёт о летательном аппарате на аккумуляторах или солнечных батареях с электродвигателем.
Концепция создания более или полностью электрического самолёта предусматривает переход от простой интеграции систем и агрегатов к кросс-системной интеграции, предусматривающей большее взаимодействие при разработке платформы, включающей такие системы, как гидравлическая, топливная, комплексная система кондиционирования воздуха, система электроснабжения, ВСУ, маршевый двигатель и другие.
Основное преимущество архитектуры «электрического» самолёта – это более широкие возможности управления энергией, поскольку работа электрогенераторов регулируется в точном соответствии с потребностями систем, минимизируя потери. При этом по сравнению с традиционной схемой экономия топлива может достигать 4%, а снижение эксплуатационных расходов – 18%.
В России технологии “более электрического самолёта” разрабатывает холдинг “Технодинамика”. Сегодня холдинг работает над электрификацией ключевых систем воздушных судов в тесной координации и при помощи Минпромторга России, ОАК, Ростех, ЦАГИ и других интегрированных структур.
В числе последних разработок – электроприводы реверса для двигателя ПД-14, электрические приводы топливной системы, электроприводы уборки-выпуска шасси и система передвижения воздушного судна с электроприводом колеса. Также холдинг разрабатывает новейшие агрегаты для обеспечения энергией электрических систем самолёта: в частности, генератор – ГСР – 90/120.
Мощность генератора составляет 120 кВА, с перегрузкой до 180 кВА, что существенно увеличивает энерговооруженность летательного аппарата.
Крупнейшими потребителями энергии от двигателя на борту являются пневматическая система (50%), гидравлическая система (30%) и система электроснабжения (20%). Пример «виртуальной» электрификации отечественного Ту-204СМ и его зарубежных аналогов аналогичной пассажировместимости показывает, что электрические системы показывают большую эффективность практически на всех этапах полёта самолёта.
Развитие концепции «более электрического самолёта» – это будущее авиации, и, чтобы не допустить отставания от мировых лидеров, российская авиационная наука уверенно двигается в этом направлении. В ходе авиасалона МАКС-2015 на стенде холдинга «Технодинамика» прошла презентация системы наземного передвижения воздушных судов с электроприводом колёс.
Сейчас в мире уже существуют четыре самолёта, оснащенные такой системой, а Airbus планирует выпустить первый серийный самолёт в конце 2016 года.
“Технодинамика” находится в ряду передовых разработчиков в этом направлении и может показать даже более интересный результат, чем существующий на мировом рынке.
Уже на следующем авиасалоне МАКС планируется показать самолёт с системой наземного передвижения ВС с электроприводом колеса.
Система наземного передвижения ВС с электроприводом колеса на данный момент является одной из первых, созданных в рамках этой концепции. Она включает в себя электропривод, интегрированный в шасси.
Использование электропривода позволит двигаться по перрону без использования основных двигателей и перронных тягачей, в том числе и хвостом вперед, что позволяет повысить экономию топлива, экологичность и сократить время ожидания в аэропорту.
Экономия при использовании системы наземного передвижения ВС с электроприводом колеса может составить до 3,5 доллара на пассажира за полёт, а экономия топлива – до 200 литров за процедуру взлёта. Кроме того, она полностью меняет существующие правила эксплуатации аэродромов, сокращает взлётную дистанцию и дистанцию пробега после посадки.
По материалам корпорации Ростех
(Пока оценок нет)
Загрузка…
Сначала гибридный, а потом полностью электрический самолёт – Авиация России
Запасы углеводородов на нашей планете подходят к концу, максимум ещё 100 лет и они будут исчерпаны.
Самолёты с газотурбинными двигателями, использующие энергию углеводородного топлива, будут трудиться ещё несколько десятилетий, но уже сейчас можно сказать, что наступает эра электрических самолётов.
На данный момент находятся в разработке несколько проектов воздушных судов, использующих электрическую энергию для их движителей.
История создания электросамолётов
Идея полностью электрического самолёта, конечно, заманчивая, но в ближайшей перспективе трудноисполнимая.
Дело в том, что современные ионно-литиевые батареи по энергетической плотности уступают углеводородному топливу на порядок и выход из этого положения видится в использовании на первых порах гибридных двигателей, где газотурбинный мотор приводит в движение электрогенератор, вырабатывающий энергию для винтового или вентиляторного движителя.
Первый в истории авиации самолёт с электрическим двигателем Mauro Solar Riser
Но идея полностью электрического самолёта не оставляет изобретателей, впервые в воздух в 1979 году поднялся электросамолёт Mauro Solar Riser c «бошевским» электромотором мощностью всего 3.5 л.с, который питался от никеле-кадмиевой батареи, взятой с вертолёта. Через два месяца англичане опробовали в воздухе свой Solar-Powered Aircraft Developments, затем в воздушном океане электросамолёты испытали французы и немцы.
Многие известные фирмы начали создавать свои проекты электросамолётов, технологии изготовления с каждым годом улучшались, увеличивалась грузоподъёмность, повышались показатели скорости и дальности полёта.
Всего шесть лет назад китайцы создали полноценный электроcамолёт Yuneec International E430. Это был двухместный аппарат весом 430 кг. с 54-сильным мотором, батарея которого заряжалась от обычной розетки.
Он был запущен в серию с 2012 года.
Китайцы организовали серийное производство своих электросамолётов
Но больше всего в создании электросамолётов продвинулась компания Airbus, разработавшая и воплотившая в жизнь проект летательного электрического аппарата Airbus E-FAN с электромотором, питающимся от двадцати полимерно-литиевых аккумуляторов общей ёмкостью 40 ампер-часов. Электросамолёт развивает скорость 220 км/час и может находиться в воздухе около часа. Стоит, однако, заметить, что все эти аппараты одно или двухместные самолёты и в ближайшем будущем пока не предвидится создание мощных и лёгких аккумуляторов, чтобы сконструировать многоместный пассажирский самолёт на электрической тяге.
Airbus дальше всех продвинулась в разработке самолётов с электродвигателями
Российские разработки гибридных движителей
Созданием гибридных двигателей в России занимается коллектив сотрудников проектного комплекса «Гражданские самолёты» научно-исследовательского центра «Институт имени Н.Е. Жуковского» под руководством С.Б.
Гальперина. Учёные предполагают, что лишь в 2030 году ионно-литиевые батареи улучшат показатели в два раза, а гибридные двигатели возможно создавать уже сейчас и это самый перспективный вариант на данный момент.
Есть, конечно, идея создания помимо гибридных двигателей, моторов на водородном топливе, но эта концепция нуждается в дополнительных исследованиях и значительной доработке.
Энергетические потребности у самолёта на каждом этапе полёта разные, на взлёте ему нужен максимальный режим работы двигателя, на крейсерском участке другой он меньше по энергопотреблению в 5-6 раз, на посадке – это совершенно другой расход энергии. Таким образом, обычный ГТД должен работать на разных режимах и не всегда оптимальных, с точки зрения экономики.
Гибридный самолёт будущего
Гибридный двигатель подразумевает использование ГТД и электрогенератора, питающего электромотор движителя. В гибридной схеме газотурбинный двигатель работает в постоянном наиболее экономичном режиме, подобно газовым турбинам электростанций, работающих в таком режиме годами. Его задача вырабатывать энергию для электродвигателя и подзарядки аккумуляторных батарей.
Аккумуляторы будут нужны на взлёте в течение нескольких минут и расход энергии не будет таким большим, поэтому вес и размер батарей будет вполне приемлемый. В этом случае ГТД нужен менее мощный и простой по конструкции, но более экономичный и экологичный, а значит более дешёвый и с большим ресурсом.
Совместно с российской компанией «СуперОкс» разработан электромотор со статором из материалов с большой степенью сверхпроводимости, охлаждаемых жидким азотом.
Ведь электродвижки большой мощности требуют большого веса, объёма и тепловыделения.
Такой мотор с нужными авиационными характеристиками станет гибридной силовой установкой для российских самолётов регионального назначения и его поднимут в воздух уже, возможно, в будущем десятилетии.
В 2020 году предполагаются испытания такой силовой установки на переоборудованном Як-40.
500-киловаттный высокотемпературный со сверхпроводимостью электродвигатель будет размещён в носу самолёта вместо РЛС, в хвостовой части на месте центрального двигателя Як-40 будет размещён турбогенератор.
Пара оставшихся моторов самолёта вполне обеспечат испытания на высотах до 8 тыс. метров и скорости 500 км/час и безопасную посадку при возможном отказе гибридного двигателя. Летающую лабораторию Як-40 оборудуют уже в конце 2019 года.
Заключение
Совершенно очевидно, что в настоящее время самым разумным будет продвижение гибридной версии таких летательных аппаратов, поскольку вполне реален экономический эффект и безопасность от сочетания ГТД и электромоторов в таких самолётах. Самый объективный судья — это время которое и расставит всё по местам, но уже сейчас ясно, что электрический самолёт – это экологически чистый и гораздо экономичный воздушный транспорт.
Более-менее электрический: на пороге новый тип самолетов
Появления полностью электрического самолета ждут с нетерпением. Оно ознаменует начало эры экологичного (сейчас авиация потребляет 6% мировой нефти), бесшумного, более дешевого авиатранспорта. Россия тоже вступила в гонку разработок в сфере гражданской авиации – на МАКСе-2017 в подмосковном Жуковском были представлены несколько сенсаций.
Художник: Юрий Аратовский
Кто быстрее: стартапы или Boeing?
Разработать электрический авиалайнер пытаются уже не один десяток лет, но при самых оптимистических прогнозах первый полностью электрический авиалайнер на 180 человек может появиться не ранее 2050 года: слишком много технологических трудностей, которые в одночасье не решить. Над задачей работают Boeing и Rolls-Royce.
В 2014 году в гонку включились Airbus: авиапроизводитель представил в Ле Бурже 2-местный тренировочный самолет E-FAN, но позже от концепции отказался и создал партнерство с Siemens для разработок региональных электро- и гибридных самолетов вместимостью до 100 пассажиров.
Как заявил в 2016 году гендиректор Airbus Том Эндерс, новый самолет может подняться в небо к 2030 году.
Стартап Wright Electric из Кремниевой долины замахнулся на создание аналога самого массового Boeing-737 на электрической тяге. «Полигоном» для испытаний согласен стать британский лоукостер EasyJet.
Разработчики утверждают, что срок реализации проекта зависит от того, как быстро ученые смогут придумать более мощные аккумуляторы, в противном случае летающий аппарат будет гибридным: работающий от батареи электромотор дополняет двигатель внутреннего сгорания.
Конкурентные преимущества команде стартапа дает опыт сотрудничества с NASA. Кстати, его инженеры весной 2018 года планируют провести первые испытания электрического самолета Х-57 «Максвелл», создаваемого в рамках инициативы New Aviation Horizons.
Самолет с 12 небольшими электропропеллерами (для создания подъемной силы во время взлета и посадки) и двумя большими электромоторами на крыльях (для набора скорости) – первая отрабатываемая концепция.
Также в 2018 году израильский стартап Eviation планирует начать испытательные полеты прототипа 9-местного самолета с электрическим двигателем.
Бизнес-джет Alice сможет перевезти 2 членов экипажа и 9 пассажиров на расстояние более 550 км с крейсерской скоростью 520 км/ч на высоте около 3 000 метров.
У самолёта 3 двигателя, мощностью 290 квт каждый, они приводят в движение 3 винта, размещенные на концах крыльев и в хвосте фюзеляжа.
Эксперты отмечают, что участие большого числа стартапов в капиталоемкой отрасли авиастроения двигает разработки вперёд существенно быстрее, но сами они смогут быть эффективными только как части глобальных корпораций.
Сенсация в мотогондоле
Разработку «Институтом им. Н.Е. Жуковского» лайнера, который сможет поднять в воздух до 19 человек, на МАКСе-2017 презентовали как проект самого большого электросамолета.
В новостных лентах проект упоминался с эпитетами «сенсационный». Сейчас инженеры работают над гибридно-силовой установкой на сверхпроводниках и демонстратором мощностью 500 кВт.
Макет установки – фрагмент крыла и мотогондолы самолета с электроприводным винтом – презентовали на МАКСе.
Как сообщил директор научно-исследовательского центра Андрей Дутов, программа, в которой участвуют ЦИАМ, СибНИА, ЦАГИ, а также ЗАО «СуперОкс», рассчитана на 3 года. За это время будут отработаны технологии, на основе которых можно будет приступать к созданию серийного электрического двигателя для самолета вместимостью 9-19 пассажиров.
Электрификация по частям
Богуславский напоминает, что на сегодняшний день самолет передвигается за счет своих маршевых двигателей или же специальными автомобилями (буксирами). Сейчас в разработке находятся системы, которые позволят самолетам перемещаться по летному полю с помощью электродвигателей, которые, как правило, встраиваются в мотор колеса.
Это существенно снизит расход топлива и улучшит экологическую обстановку в зоне аэропорта. Такие разработки ведутся как в России, так и за рубежом. По словам Леонида Богуславского, внедрение этих систем вполне реально через 5-7 лет.
НПО «Родина» разрабатывает для более электрического самолета рулевые приводы, в основе которых будет лежать не гидравлика, а электродвигатель, который позволяет развивать довольно большую мощность при малой массе и малых габаритах. Это дает возможность в перспективе отказаться от гидравлики на борту и перейти полностью на электрическое управление.
Таким образом самолет должен стать значительно легче. Если ликвидировать металлические системы: водонапорные станции, трубопроводы, заполненные жидкостью, – это будет большой шаг вперед по развитию техники и технологий.
Летит благодаря редкоземельным магнитам
Презентация разработок «Экспериментальной мастерской «Наукасофт» на московском стенде МАКСа проходила более скромно.
Главный инженер проектов, доктор технических наук Альберт Давидов запускает прототип двигателя для электросамолета – силовую установку вентиляторного типа с приводом вентилятора от электрической машины на редкоземельных магнитах.
Предполагается, что основным источником энергии на борту полностью электрического самолета будет батарея топливных элементов, работающих на запасённом на борту судна водороде и кислороде, получаемом из окружающего воздуха.
Давидов подчеркивает, что при эксплуатации самолета будет решен вопрос с вредными выхлопами: в воздух будут выбрасываться пары воды. В качестве источников энергии на борту самолета также планируется использовать литиевые аккумуляторные батареи и солнечные батареи. Топливные элементы разрабатываются Институтом проблем химической физики РАН.
Четыре силовых установки смогут поднять в воздух 5 пассажиров и до 400 кг груза. Это концепция самолета АВФ-32НС, разрабатываемого в «Наукасофт».
Максимальная дальность полета воздушного судна составит до 600 км, скорость – 360 км/ч, для взлета самолету понадобится 300-метровая полоса. В автономном полете АВФ-32НС будет способен провести 5 часов.
Сейчас компания ищет партнеров в аэрокосмической отрасли для разработки корпуса самолета, в котором можно было бы установить двигатели, и для проведения тестов.
Горизонт планирования – 20 лет
Переход на электрические самолеты по масштабу изменений, которые он за собой повлечет в части инфраструктуры и перераспределения доходов между авиапроизводителями, вспомогательными организациями и поставщиками топлива, исполнительный директор транспортной компании Traft, эксперт рабочей группы ГД по законодательному регулированию беспилотных транспортных средств Артур Мурадян сравнивает с переходом от винтовых двигателей на реактивные.
Это только один пласт проблем; есть и трудности чисто технологического характера – например, с созданием систем хранения электричества.
В перспективе каждое из технических решений может легко превратиться в бизнес-идею. Рынку интересны любые разработки, которые повышают экономичность воздушного судна. Но вряд ли электрические самолеты удивят нас своей мощностью и дальностью в ближайшее время.
Электрические самолеты — будущее тренировочных полетов
Поступите в летную школу сегодня, и вы, вероятно, проведете свой первый учебный полет на стареньком самолете, который шумный, дорогой в обслуживании и сжигает этилированное топливо. Но вскоре это может измениться, благодаря электрическим тренажерам, которые являются чистыми, работают без вибраций и дешевы в эксплуатации.
Электрическая авиация находилась в стадии опытно-конструкторской разработки давным-давно. Но теперь американский стартап, европейский аэрокосмический гигант Airbus и китайский производитель авиации находятся в рядах тех, кто считает, что электрические самолеты готовы к полету. Если у них получится, самолеты станут намного дешевле и удобнее — для обучения.
«Электрические самолеты изменят все, если дело дойдет до стоимости полета», — говорит Джордж Бай, колорадский предприниматель, участвовавший в нескольких авиапроектах.
Его новая компания, Aero Electric Aircraft Corporation, планирует подготовить двухместный Sun Flyer к летным испытаниям уже к лету.
Солнечные батареи на крыльях обеспечат дополнительную подзарядку, и если вы оставите самолет на солнышке на пару дней, его батарея полностью зарядится абсолютно бесплатно.
Принимая во внимание стоимость обслуживания и топлива, двухместный Sun Flyer будет обходиться всего в 5 долларов в час, если верить Баю, по сравнению с тем же Cessna 172 (73 доллара в час), четырехместным самолетом, который часто используется для обучения. Новый Sun Flyer будет продаваться по цене от 180 000 до 200 000 долларов, что может показаться дорогим, но тот же новый 172 стоит порядка 370 000 долларов.
Бай надеется, что станет первым на рынке США производителем электрических учебно-тренировочных самолетов, сертифицированных FAA, к 2017 году или раньше. Но он не один такой.
В апреле Airbus показала самолет на батарейках E-Fan 2.0. В июле компания заявила, что планирует стать первой на рынке электрических самолетов для летных школ и начать поставки уже в 2017 году.
Двухместный самолет, который будет построен французским производителем Daher-Socata, сможет находиться в воздухе до двух часов. Этого недостаточно для коммерческой эксплуатации, но вполне порядочно для тренировок, поскольку в учебной сфере большинство рейсов продолжается около часа без пассажиров на борту.
Как только самолет сядет, его батарею можно будет с легкостью заменить на свежую и продолжить полеты. К 2019 году Airbus планирует также представить четырехместную гибридную версию для личного транспорта.
Это первый шаг 30-летнего плана по разработке 90-местного авиалайнера с электрической или гибридной двигательной установкой, часть грандиозной европейской программы по уменьшению выбросов углерода на 75% к 2050 году.
Электрические самолеты развиваются и в Китае: там началось строительство завода, на котором будут производиться двухместные Rui Xiang RX1E. Производственная линия, как ожидается, начнет работать в начале этого года.
Самолет, разработанный Шэньянским аэрокосмическим университетом, сможет летать до 90 минут на полной зарядке.
Частная авиация медленно развивается в Китае, поскольку ее развитие осложняется правительственными ограничениями, но давление позволяет искать другие, более гибкие пути.
Если стоимость батарей продолжит снижаться и электрические самолеты будут проводить все больше времени в воздухе, рост рынка бензиновых двигателей замедлится, во всяком случае, для тренировочных нужд, где полеты короткие и больше двух мест не нужно. Помимо сокращения расходов, электрический полет проходит мягче и тише, а обслуживание вообще не составляет труда ввиду отсутствия движущихся частей. Если вы планируете учиться водить личный самолет, готовьтесь к электрическому.
Пассажирские электросамолеты: миф или реальность ближайшего будущего?
Действительно, электросамолеты, пробные версии которых уже поднимались в небо, имеют все основания стать постоянным и перспективным воздушным транспортным средством в ближайшем будущем.
По крайней мере так думают эксперты и специалисты в данной области. Время – самый объективный судья и эксперт, который спустя годы расставит все по местам.
Уже сейчас известно одно: самолеты с электрическим приводом являются экологически чистым и довольно экономичным видом воздушного транспортного средства.
На сегодняшний день, наиболее реальным видятся гибридные версии самолетов, поскольку совмещение традиционных авиационных двигателей и силовых установкой с электромоторами, дают определенный экономический эффект и достаточную безопасность.
Однако сообщение информационного ресурса Joinfo.ua переносит нас в абсолютно фантастический мир: Бертран Пикар и Эндрю Борчберг создали самолет Solar Impulse, где в качестве источника используемой энергии является энергия солнца.
К сожалению, самолет на солнечных батареях не смог завершить намеченный кругосветный перелет из-за поломки одной батареи, но сама попытка – достойна уважения. Solar Impulse по плану должен преодолеть 35 тыс. км, стартуя с Японии и завершить полет на Гавайях.
Однако Абу-Даби явился конечной точкой путешествия.
На борту электросамолета находилось 17 248 солнечных элементов, которые заряжали 4 аккумуляторные батареи литий-ионного типа. Ёмкости батарей хватает, чтобы не останавливать полет даже ночью.
Несомненная заслуга Пикара и Борчберга состоит в том, что они дали реальный шанс обществу поверить в возможность существования воздушного транспортного средства, использующего исключительно солнечную энергию.
Скорее всего, в будущем, самолетостроение выйдет на новый этап развития, где “чистая” энергия явится основной в подобных проекта, но – не сегодня.
Именно так считают исследователи и пилоты Бертран Пикар и Эндрю Борчберг.
Пессимисты времен братьев Райт, впервые поднявшихся в начале 19-го на самолете в небо, не могли даже помыслить о том, какого уровня достигнет самолетостроение более чем через 100 лет. Сверхзвуковые скорости, многотонные транспортировки, автопилотирование, многоуровневые системы защиты уже не поражают обывателя, как наших предков поражали первые полеты на заре воздухоплавания.
В течение пяти суток Solar Impulse находился в воздухе. Электросамолет пересек Тихий океан, и это явилось настоящей сенсацией в области создания экологически чистых транспортных средств.
По уверениям конструкторов, подобные исследования продолжаться, и через 3 года они создадут прототипную версию самолета с электрическим приводом, который будет обладать значительно лучшими техническими характеристиками.
Related
От винта. Шесть электрических самолетов, которые скоро захватят небо
В штате Вашингтон планируют запустить региональные авиарейсы на электрических и гибридных самолетах. Для реализации проекта власти пригласили крупнейших разработчиков и создали Рабочую группу по электрическим самолетам.
Пока в Украине многие не знают о стандартах вредных выбросов «Евро» и видели электрозаправочную станцию только в интернете, в одном из американских штатов планируют перейти на электрическую гражданскую авиацию.
Как пишет General Aviation News, в середине июня 2018-го Департамент транспортной авиации штата Вашингтон провел первую встречу Рабочей группы по электрическим самолетам.
Власти проконсультировались со стартапом Zunum Aero, который с 2013-го разрабатывает полностью электрический региональный самолет, а также собрали разработчиков электросамолетов и представителей энергетических компаний и аэропортов.
До конца 2019 года эксперты планируют определить, насколько реален переход на электрическую и гибридную авиацию, оценить возможное влияние такого перехода на рынок труда и экологическую обстановку в штате.
Прогрессивный западный штат США опередили только норвежцы, которые недавно приняли программу перехода на электрическую авиацию до 2040-го.
Само понятие электроавиации теперь не безумие, а реальность. Планы европейского союза по значительному сокращению парниковых газов и высокая цена топлива вынуждают многих авиапроизводителей начинать движение в сторону экологически чистых летательных аппаратов.
В перспективе, такие самолеты могли бы существенно снизить цену билетов, подниматься выше и летать в условиях низкого воздушного сопротивления, ну и, конечно же, избавить пассажиров и жителей окрестностей аэропортов от постоянного шума двигателей на ископаемом топливе.
Но пока, самые успешные прототипы электросамолетов могут перевозить всего нескольких людей, разгоняться максимум до 300 км/час и находится в воздухе не более пары-тройки часов. Такие показатели просто смешны для гигантов вроде Airbus и Boeing.
Хотя, как ни странно, и эти производители развивают электротехнологии в авиации и даже имеют свои разработки.
Крупнейшие вызовы для электрических и гибридных самолетов сейчас – это увеличение энергетической плотности аккумуляторов, оптимизация формы фюзеляжа, создание эффективных и надежных систем охлаждения и разработках необходимых для этого материалов.
Также, если компании планируют использовать съемные батареи и постоянно перезаряжать их, чтобы самолеты не простаивали – нужно решить проблему рабочего цикла энергоблоков, ведь даже современные аккумуляторы требуют замены после 1000-2000 перезарядок.
В сравнении с турбинами на реактивном топливе, электродвигатели для самолетов имеют ряд нерешенных задач, но многие стартапы и большие компании все равно работают в этой сфере, поскольку осознают важность этого направления.
Издание TechCrunch создало подборку самых перспективных проектов электрических самолетов.
Airbus E-FAN X
Совместный проект Airbus, Rolls-Roys и Siemens планируется как гибридно-электрический авиалайнер. Аппарат разрабатывается на базе Airbus E-FAN — двухместного аккумуляторного самолёта, который совершил первый полет в 2014-м.
Планируется, что, в отличие от своего предшественника, Airbus E-FAN X будет иметь двигатель и генератор без криогенного охлаждения, и станет промежуточной гибридной разработкой на пути к полностью электрическим самолетам.
Airbus E-FAN X должен совершить первые полеты уже в 2020-м.
Zunum Aero
Поддерживаемые Boeing и JetBlue, Zunum Aero разрабатывают свой гибридно-электрический региональный самолет уже пять лет.
В 2017-м компания начала разработку 12-местного самолета с планами запустить его в 2020-м. Помимо батарей, модель будет оснащена генераторами, которые подпитываются топливными турбинами. Такая тройная энергетическая цепь должна повысить запас хода самолета до 1300 км.
Zunum уже объявили о строительстве первого прототипа и планируют производить региональные самолеты с 10-50 посадочными местами.
Eviation Alice
Эта израильская модель будет иметь довольно оригинальное расположение пропеллеров – два по бокам и один в хвосте.
Самолет практически полностью создан из композитных материалов, и вскоре должен появится его первый прототип для бизнес и пригородных перелетов.
Wright Electric
Молодой стартап получил поддержку от бизнес-акселераторов из Кремниевой долины и британского лоу-костера EasyJet.
Авиаперевозчик планирует создать 180-местный электрический лайнер к 2027-му, хотя пока Wright Electric представили только концепт-версию для двух пассажиров с батареями, общим весом в 270 кг.
Ampaire
Стартап электросамолета с необычным дизайном планирует получить лицензию Федерального управления гражданской авиации США до 2020 года и поставить на конвейер свою 7-9 местную модель с запасом хода до 160 км.
Компания разрабатывает систему замены батарей и должна начать первые тесты уже в следующем году.
Joby Aviation
Компания разрабатывала электрические двигатели более 10 лет, и сейчас, совместно с NASA работает над одним из самых перспективных электросамолетов.
В случаи прохождения сертификации, на производство может быть поставлен пятиместный самолет, способный пролететь до 240 км. Такая разработка пригодится для коммерческих региональных полетов.
Концепция «более электрического самолета» – будущее авиации
Фото: Александр Земляниченко-мл
На стенде «Технодинамики» в ходе авиасалона МАКС-2015 прошла презентация системы наземного передвижения воздушных судов с электроприводом колеса. В презентации приняли участие заместитель директора Центра проектирования Дмитрий Кудерко и директор научно-технического центра Объединенной авиастроительной корпорации Владимир Каргопольцев.
Как отметил Владимир Каргопольцев, сегодня к воздушным судам предъявляются новые требования, они должны соответствовать новому техническому уровню, и ключевым направлением здесь становится переход к концепции сначала более, а потом полностью электрического самолета.
«Переход характеризуется заменой существующих технологий и внедрением в авиастроение технологий XXI века, – рассказал директор научно-технического центра Объединенной авиастроительной корпорации. – В этой задаче в России одна из ключевых ролей отводится «Технодинамике».
«Развитие концепции «более электрического самолета» – это будущее авиации, и, если мы не будем двигаться в этом направлении, мы допустим существенное отставание от мировых лидеров. Сейчас в мире уже существуют четыре самолета, оснащенные такой системой, Airbus планирует выпустить первый серийный самолет в конце 2016 года.
Сейчас мы в ряду передовых разработчиков в этом направлении и можем показать даже более интересный результат, чем существующий на мировом рынке.
Уже на следующем авиасалоне МАКС мы планируем показать самолет с системой наземного передвижения ВС с электроприводом колеса», – считает генеральный директор «Технодинамики» Максим Кузюк.
Система наземного передвижения ВС с электроприводом колеса на данный момент является одной из первых, созданных в рамках этой концепции. Она включает в себя электропривод, интегрированный в шасси.
Использование электропривода позволит двигаться по перрону без использования основных двигателей и перронных тягачей, в том числе и хвостом вперед, что позволяет повысить экономию топлива, экологичность и сократить время ожидания в аэропорту.
Экономия при использовании системы наземного передвижения ВС с электроприводом колеса может составить до 3,5 доллара на пассажира за полет, а экономия топлива – до 200 литров за процедуру взлета. Кроме того, она полностью меняет существующие правила эксплуатации аэродромов, сокращает взлетную дистанцию и дистанцию посадки.
Разработка и создание перспективного шасси с электроприводом проводится в рамках Федеральной целевой программы «Развитие гражданской авиационной техники России на 2002-2010 годы и на период до 2015 года».
Когда состоится первый полет российского электросамолета
Первый полет российского электрического самолета с гибридной силовой установкой намечен на начало 20-х годов
Пока в воздухе нет ни одного электролета
С учетом того, что крупнейшие автопроизводители все больше внимания и средств уделяют разработке электромобилей, не удивительно, что электрификацию ждут и в авиации. В воздушном транспорте она, правда, в силу множества объективных причин значительно отстает, но несмотря на отставание, считает Bloomberg, появление в небе электросамолетов произойдет значительно быстрее, чем все думают.
Сейчас разрабатывается с десяток электролетов. Причем, по нескольким работа продвинулась достаточно далеко, и разработчики уже готовятся к испытаниям, хотя ни одна машина еще не взлетела.
Пока что инженеры и ученые работают в основном над небольшими самолетами, рассчитанными на пилота и одного-двух пассажиров.
Как пример можно назвать Pipistrel Alpha Electro – электросамолет компании NASA Maxwell (США), рассчитанный на двух человек.
Однако другой американский стартап Wright Electric утверждает, что его электросамолет сможет на одной зарядке перевезти 150 пассажиров на почти полтысячи километров.
Некоторые страны стараются не отставать от Запада в электрификации авиации, пишет Bloomberg. В начале ноября в КНР появилась информация о двухчасовом полете маленького электросамолета, способного взять на борт двух человек.
В работе и машины несколько больших размеров. Например, Alice израильской компании Eviation, который рассчитан на перевозку от 6 до 9 пассажиров на тысячу километров на скорости около 450 км/час.
Он должен появиться в небе и приступить к работе уже в 2020 году.
Без физических ограничений
Агентство ничего не говорит о российских разработках. Между тем еще в июле на МАКС-2017 был представлен макет создаваемого гибридно-электрического двигателя, в основу работы которого положено использовании сверхпроводников.
Разработкой ключевых технологий электрического самолета занимается Национальный исследовательский центр «Институт им. Н.Е. Жуковского». За сверхпроводники отвечает ЗАО «СуперОкс». В реализации российского проекта участвуют также ЦИАМ, СибНИИ авиации им. С.А.
Чаплыгина и ЦАГИ им. профессора Н.Е. Жуковского.
Высокотемпературные проводники позволяют снять физические ограничения для повышения мощности авиационных электрических двигателей. Через три года планируется начать конструировать самолет на 9–19 пассажиров.
Но только в дальнейшем можно будет перейти к силовым установкам полностью электрических региональных и магистральных самолетов, рассказывал «Известиям» генеральный директор НИЦ «Институт им. Н.Е.
Жуковского» Андрей Дутов.
Газета привела также слова Михаила Гордина, генерального директора Центрального института авиационного моторостроения им. П.И. Баранова: электрификация самолетов — это наиболее значительное новшество в авиации после внедрения реактивного двигателя. Но, по прогнозу издания, первый полностью электрический самолет на 180 пассажиров может быть построен не ранее 2050 года.
Полет на гибриде
Правда, в сентябре о партнерстве с Wright Electric объявила компания EasyJet, один из крупнейших бюджетных перевозчиков. Она рассчитывает начать перевозить пассажиров на электросамолетах в течение десяти ближайших лет.
У Wright Electric оригинальный подход «выращивания» электролета: компания разработала двухместный прототип и намерена увеличивать его в размерах до тех пор, пока он не сможет брать на борт искомые полторы сотни человек.
Но хватит ли на это десяти лет, большой вопрос.
Проблем у разработчиков электросамолетов много. Одна из самых больших – батареи. К примеру, электросамолет на 6-9 пассажиров компании Eviation работает от батарей общим весом 2,7 тонны при общем весе 6 т! Простой расчет показывает, что батареи для 150-местного электросамолета будут весить порядка 40 тонн.
Надежда, естественно, на ученых и инженеров, которые постоянно совершенствуют технологии. Стоимость литий-ионных аккумуляторов снижается, а их эффективность повышается. Не за горами день, когда литий-ионные батареи или батареи из другого материала станут достаточно дешевыми, чтобы электросамолеты могли потеснить привычные авиалайнеры и стать основным средством передвижения по воздуху.
Пока же авиация, похоже, в электрификации будет следовать примеру автопрома: сначала гибриды, а затем полностью электрические авиалайнеры.
Наряду с упомянутой выше российской разработкой знаменитого ЦАГИ и его парнеров, этим направлением занимаются другие именитые авиастроители.
Над гибридным пассажирским самолетом, способным брать на борт до 100 пассажиров и работающим от электростанции мощностью 2 МВт, работают инженеры Rolls Royce, Siemens и Airbus.
Появление в небе электросамолетов, уверен Bloomberg, вопрос времени. Конечно, электрификация воздушного транспорта намного сложнее наземного, но над ней работает много специалистов. Одной из немаловажных проблем, кстати, будет убедить пассажиров летать на электросамолетах, потому что одно дело – ездить на электромобилях и совсем другое доверить жизнь электролетам.
Отметим однако, что по идее они должны быть безопаснее в силу простоты и надежности электродвигателя, а также, при переходе от гибридов полностью на электротягу, отсутствия топлива на борту. Правда, новейшему Boeing 787 именно аккумуляторы доставляли поначалу множество серьезных неприятностей, но инженеры смогли их преодолеть.
