Elektr samolyoti zamonaviy aviatsiyaga muqobilmi?

2024 Muallif: Seth Attwood | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2023-12-16 16:19

Laynerlarni harakatga keltiradigan zamonaviy gaz turbinali (turbofan) dvigatel, albatta, bog'dorchilik asboblari uchun ikki zarbli chayqalish emas, balki yuqori samarali va juda ishonchli mashinadir. Biroq, samolyot ishlab chiqaruvchilarining fikriga ko'ra, u yanada takomillashtirish uchun zaxiralarni tugatishga yaqin.

Nima uchun dvigatellar bor - qurilayotgan barcha avialaynerlar bir-biriga shunchalik o'xshashki, faqat aviatsiya mutaxassisi Boeing yoki Airbusni Bombardier yoki MS-21 dan darhol ajrata oladi. Qanotlari ostida ikkita gaz turbinali dvigateli bo'lgan zamonaviy turdagi samolyotlar bizni o'nlab yillar davomida osmonda aylanib chiqishiga hech qanday shubha bo'lmasa-da, samolyotning yangi tartibi va yangi aerodinamikasiga bo'lgan katta umidlar elektr quvvati bilan bog'liq.

Tez, lekin uzoq emas

Yaqin vaqtgacha "elektr samolyot" atamasi "ko'proq elektr samolyoti" - qo'zg'almas qanotli samolyot sifatida tushunilgan, unda mexanik va gidravlik uzatmalar maksimal darajada elektr bilan almashtirilgan.

Quvurlar va kabellar yo'q - rullarni haydash va qanotni mexanizatsiyalash kabi barcha mexanik ishlar quvvat va boshqaruv signali uchun kanal bilan ta'minlangan kichik elektr motorlar-aktuatorlar tomonidan amalga oshiriladi. Endi bu atama yangi ma'no bilan to'ldirildi: haqiqiy elektr samolyotning o'zi elektr tortishish kuchida harakatlanishi kerak.

Albatta, elektr aviatsiyasining istiqbollari nafaqat samolyot konstruktorlariga, balki elektrotexnika sohasidagi taraqqiyotga ham bog'liq. Axir, samolyotlar, ular aytganidek, "batareyada" mavjud. Yordamchi elektr motorlar bir necha o'n yillar oldin planerlarga o'rnatilgan.

2016-yilda ilk bor parvoz qilgan Extra 330LE allaqachon planerlarni olib yuradi va tezlik bo‘yicha rekord o‘rnatadi. Ammo uning 14 ta kuchli litiy-ionli batareyalar bloki va Siemens kompaniyasining elektr motori bu chaqaloqqa bortga atigi ikki kishini, shu jumladan uchuvchini ham olib, havoda 20 daqiqadan ko'p bo'lmagan holda turish imkonini beradi.

Qo'shimcha 330LE

Albatta, juda ham ta'sirchan ko'rsatkichlarga ega bo'lgan loyihalar mavjud. O‘tgan yilning sentabr oyida Britaniyaning EasyJet loukoster aviakompaniyasi o‘n yildan so‘ng 180 yo‘lovchini sig‘dira oladigan to‘liq elektr mintaqaviy laynerni (540 km masofani tashkil etadi, bu Yevropa ichidagi parvozlar uchun juda katta) ishga tushirishini e’lon qildi.

Ikki o‘rinli uchar demonstrator qurib bo‘lgan Amerika startapi Rayt Electric loyiha hamkoriga aylandi. Biroq, bugungi kunda eng yaxshi lityum-ion batareyalarning energiya zichligi uglevodorod yoqilg'isidan pastroq bo'lgan tartibdan ko'proq. Taxminlarga ko'ra, 2030 yilga kelib batareyalar o'z ish faoliyatini maksimal ikki baravar yaxshilaydi.

Turbina, qoling

Yoqilg'i xujayralari bilan bog'liq vaziyat ancha foydali ko'rinadi, bunda yoqilg'ining kimyoviy energiyasi yonish jarayonini chetlab o'tib, to'g'ridan-to'g'ri elektr energiyasiga aylanadi.

Vodorod bunday quvvat manbai uchun eng istiqbolli yoqilg'i hisoblanadi. Elektr samolyoti uchun quvvat manbai sifatida yonilg'i xujayralari bilan tajribalar dunyoning turli mamlakatlarida o'tkazilmoqda (Rossiyada CIAM birinchi navbatda bunday samolyotlarni yaratish loyihalari ustida ishlamoqda va ular uchun yonilg'i xujayralari IPCP RASda yaratilgan. professor Yuriy Dobrovolskiyning rahbarligi).

Uchish va boshqariladigan kontseptsiyalardan ENFICA-FC Rapid 200FC yevropalik namoyishchini eslash mumkin - u bir vaqtning o'zida elektr batareyalari va yonilg'i xujayralarini ishlatgan. Ammo bu texnologiya ham sezilarli takomillashtirish va qo'shimcha tadqiqotlarga muhtoj.

Bugungi kun uchun eng real istiqbollar gibrid sxema bo'yicha qurilgan elektr samolyotlarining istiqbollari bo'lib ko'rinadi. Bu shuni anglatadiki, samolyotning pervanesi (parvona yoki propfan) elektr dvigatel tomonidan boshqariladi, lekin u gaz turbinali dvigatel (yoki boshqa ichki yonish dvigateli) tomonidan aylanadigan generatordan elektr energiyasini oladi. Bir qarashda, bunday sxema g'alati ko'rinadi: ular GTE-dan elektr motori foydasiga voz kechishni xohlashadi, lekin ular buni qilmoqchi emaslar.

Dunyoda allaqachon bir nechta gibrid loyihalar mavjud, ammo biz birinchi navbatda Rossiyaga qiziqamiz. Elektr samolyotida, xususan, gibrid sxema bilan ishlash TsAGI yoki TsIAM kabi aviatsiya profilining turli ilmiy institutlarida amalga oshirildi.

Bugungi kunda ushbu va boshqa ba'zi muassasalar sanoatning yagona kuchli "miya ishonchi" ga aylanish uchun mo'ljallangan "N. Ye. Jukovskiy nomidagi institut" ilmiy-tadqiqot markazi homiyligida (2014 yildan beri) birlashtirilgan. Markaz ichidagi elektr aviatsiyasi bo'yicha barcha ishlarni birlashtirish vazifasi biz maqolaning boshida aytib o'tgan Sergey Galperinga yuklangan.

Batareya quvvatiga ega uchish

"Aviatsiyada elektr motorlariga o'tish juda ko'p qiziqarli istiqbollarni ochadi," deydi Sergey Xalperin, "lekin sof kimyoviy energiya manbalarida Rossiya sharoitlari uchun munosib masofaga ega bo'lgan tijorat elektrosamolyotini yaratishga umid qilish uchun hech qanday asos yo'q (). batareyalar yoki yonilg'i xujayralari) yaqin kelajakda: energiya salohiyati bir kilogramm kerosin va bir kilogramm batareyadan juda ko'p farq qiladi. Gibrid dizayn oqilona kelishuv bo'lishi mumkin. Shuni tushunish kerakki, to'g'ridan-to'g'ri kuchni yaratadigan gaz turbinali dvigatel va generator milini harakatga keltiradigan gaz turbinali dvigatel bir xil narsa emas.

Gap shundaki, samolyotning energiya talablari parvoz paytida sezilarli darajada o'zgaradi. Parvoz paytida samolyot dvigateli quvvati maksimal darajaga yaqin rivojlanadi va kruiz paytida (ya'ni parvozning ko'p qismi uchun) samolyotning quvvat sarfi 5-6 baravar kamayadi.

Shunday qilib, an'anaviy elektr stantsiyasi keng rejimda (iqtisodiy nuqtai nazardan har doim ham optimal emas) ishlay olishi va tezda biridan ikkinchisiga o'tishi kerak. Gibrid o'rnatishda gaz turbinali dvigateldan hech narsa talab qilinmaydi. Bu har doim bir xil, iqtisodiy jihatdan eng foydali rejimda ishlaydigan elektr stantsiyalarining gaz turbinasiga o'xshash bo'ladi. Ular yillar davomida to'xtovsiz ishlashdi.

Se-layner

Generator yordamida GTE elektr motorlarini to'g'ridan-to'g'ri quvvat bilan ta'minlash, shuningdek, akkumulyatorlarda zaxira yaratish uchun energiya ishlab chiqarishi mumkin bo'ladi. Batareya yordami faqat parvoz paytida kerak bo'ladi.

Biroq, elektr motorlarining uchish rejimida ishlashi bir necha daqiqa davom etishi sababli, energiya zaxirasi juda katta bo'lmasligi kerak va bortdagi batareyalar hajmi va vazni bo'yicha juda maqbul bo'lishi mumkin. Shu bilan birga, gaz turbinali dvigatelda hech qanday uchish rejimi bo'lmaydi - uning ishi jimgina elektr energiyasini ishlab chiqarishdir.

Shunday qilib, samolyot dvigatelidan farqli o'laroq, gibrid elektrosamolyotdagi gaz turbinali dvigatel kamroq kuchliroq, ishonchliroq va ekologik toza, dizayni soddaroq bo'ladi, bu arzonroq va nihoyat, kattaroq resursga ega bo'ladi.

Qanotda puflash

Shu bilan birga, elektr dvigatellariga o'tish kelajakdagi fuqarolik samolyotlarini loyihalashda fundamental yangiliklar uchun istiqbollarni ochadi. Eng ko'p muhokama qilinadigan mavzulardan biri - taqsimlangan elektr stansiyalarini yaratish.

Bugungi kunda laynerning klassik sxemasi ikkita qo'llash nuqtasini, ya'ni qanot ostidagi ustunlarga osilgan ikkita, kamdan-kam hollarda to'rtta kuchli dvigatelni o'z ichiga oladi. Elektr samolyotlarida qanot bo'ylab, shuningdek uning uchlarida ko'p sonli elektr motorlarining joylashuvi ko'rib chiqiladi. Bu nima uchun kerak?

Gap yana uchish va kruiz rejimlari o'rtasidagi farqda. Hodisa oqimining past tezligida havoga ko'tarilayotganda, samolyot ko'taruvchini yaratish uchun katta qanot maydoniga muhtoj. Kruiz tezligida keng qanot to'sqinlik qiladi va ortiqcha ko'tarilish hosil qiladi.

Muammo murakkab mexanizatsiyalash tufayli hal qilinadi - tortib olinadigan qopqoqlar va lamellar. Kichkina aerodromlardan uchadigan va buning uchun katta qanotlarga ega bo'lgan kichikroq samolyotlar optimal bo'lmagan hujum burchagi bilan kruiz qilishga majbur bo'ladi, bu esa qo'shimcha yoqilg'i sarfiga olib keladi.

Ammo, agar parvoz paytida pervanellarga ulangan ko'plab elektr motorlar qo'shimcha ravishda qanotni puflasa, uni juda keng qilish shart emas. Samolyot qisqa parvoz bilan uchadi va kruiz qismida tor qanot muammo tug'dirmaydi. Avtomobil harakatlantiruvchi dvigatellar tomonidan boshqariladigan pervanellar tomonidan oldinga tortiladi va bu bosqichda qanot bo'ylab parvona qo'nishdan oldin buklanadi yoki tortiladi.

Misol tariqasida NASAning X-57 Maksvell loyihasini keltirish mumkin. Konsept namoyishi qanot bo‘ylab va qanot uchlarida joylashgan 14 ta elektr motor bilan jihozlangan. Ularning barchasi faqat parvoz va qo‘nish vaqtida ishlaydi. Kruiz bo'limida faqat qanot uchi dvigatellari ishtirok etadi.

Dvigatellarni bunday joylashtirish bu joylarda paydo bo'ladigan vortekslarning salbiy ta'sirini kamaytirishga imkon beradi. Boshqa tomondan, elektr stantsiyasi murakkab bo'lib chiqadi, ya'ni uni saqlash qimmatroq va ishdan chiqish ehtimoli ham yuqori. Umuman olganda, olimlar va dizaynerlar haqida o'ylash kerak bo'lgan narsa bor.

X-57 Maksvell

Suyuq azotga yordam beradi

"Elektr samolyoti optimallashtirish uchun ko'plab imkoniyatlarni beradi", deydi Sergey Halperin. - Masalan, tortish va surish vintlarining kombinatsiyasi bilan tajriba qilishingiz mumkin. Elektr dvigatellari konvertiplanlardagi gaz turbinali dvigatellarga qaraganda ancha afzalroqdir, chunki elektr motorini gorizontal holatga xavfsiz aylantirish an'anaviy dvigatellardagi kabi murakkab muhandislik muammosini keltirib chiqarmaydi.

Elektr tekisligida siz barcha tizimlarning to'liq integratsiyasini ta'minlashingiz, yangi boshqaruv tizimini yaratishingiz mumkin. Hatto gibrid avtomobillar ham kamroq shovqin va chiqindilar chiqaradi.”

Batareyalar singari, elektr motorlar ham quvvat oshgani sayin massa, hajm va issiqlik tarqalishini oshiradi. Ularni kuchliroq va engilroq qilish uchun yangi texnologiyalar talab qilinadi.

Gibrid qo'zg'alish tizimlarini mahalliy ishlab chiqaruvchilar uchun dunyodagi yuqori haroratli o'ta o'tkazuvchanlik (HTSC) xususiyatlariga ega materiallarning beshta yirik yetkazib beruvchilaridan biri bo'lgan Rossiyaning SuperOx kompaniyasi bilan hamkorlik haqiqiy yutuq bo'ldi. Endi SuperOx supero'tkazuvchi materiallardan (suyuq azot bilan sovutilgan) statorli elektr motorlarini ishlab chiqmoqda.

Yaxshi aviatsiya xususiyatlariga ega ushbu dvigatellar kelgusi o'n yillikning o'rtalarida osmonga ko'tarilishi mumkin bo'lgan mintaqaviy samolyotlar uchun gibrid elektr stantsiyasining asosini tashkil qiladi. Bu yil MAKS aviako'rgazmasida CIAM mutaxassislari 10 kVt quvvatga ega bunday o'rnatishning namoyishchisini taqdim etdilar. Rejalashtirilgan samolyot har biri 500 kVt quvvatga ega ikkita dvigatelga ega gibrid elektr stansiyasi bilan jihozlanadi.

Gibrid elektr samolyoti haqida gapirishdan oldin, - deydi Xalperin, - o'rnatishimizni erda, keyin esa uchish laboratoriyasida sinab ko'rish kerak. Umid qilamizki, bu Yak-40 bo'ladi. Radar o'rniga biz mashinaning burniga 500 kilovattlik HTSC elektr motorini qo'yishimiz mumkin.

Biz markaziy dvigatel o'rniga quyruqda turbo generatorni o'rnatamiz. Qolgan ikkita Yak dvigateli bizning aqlimizni keng balandlikda (8000 m gacha) va tezlikda (soatiga 500 km gacha) sinab ko'rish uchun etarli bo'ladi. Gibrid o'rnatish muvaffaqiyatsiz bo'lsa ham, samolyot xavfsiz parvozni yakunlashi va qo'nishi mumkin. Namoyish laboratoriyasi 2019-yilda reja asosida jihozlanadi. Test tsikli taxminiy ravishda 2020 yilga rejalashtirilgan.

Aqlli osmon

Elektr va gibrid dvigatellar dunyodagi eng yirik samolyot ishlab chiqaruvchilarning rejalarida muhim o'rin tutadi. AIRBUS kompaniyasining Smarter Skies dasturiga ko'ra, ushbu asrning o'rtalarida yo'lovchi aviatsiyasining asosiy xususiyatlari shunday ko'rinadi.

"Yashil" parvoz

Kelajakdagi samolyot atmosferadagi uglevodorod izlarini minimallashtirish uchun ishlab chiqiladi. Vodorod gaz turbinali dvigatellar, gibridlar va akkumulyatorli to'liq elektr samolyotlar mashhur bo'ladi.

Taxminlarga ko'ra, batareyalar ekologik toza elektr energiyasi manbalaridan quvvatlanadi. Aerodromlar hududida yirik shamol stansiyalari yoki quyosh elektr stantsiyalarining paydo bo'lishi mumkin.

Osmonda erkinlik

Intellektual laynerlar ob-havo va atmosfera ma'lumotlarini tahlil qilish asosida atrof-muhitga zarar etkazmaslik va yoqilg'i samaradorligi parametrlari asosida mustaqil ravishda marshrutlarni tuzadi. Ular, shuningdek, qushlar suruvi kabi tuzilmalarda to'planishlari mumkin bo'ladi, bu esa alohida samolyotlarning qatlamdagi tortishishini kamaytiradi va parvoz uchun energiya sarfini kamaytiradi.

Aksincha erdan

Yangi harakatlantiruvchi tizimlar va samolyot aerodinamiği aeroport hududida shovqinni kamaytirish va samolyot optimal iqtisodiy xususiyatlarni namoyish etadigan kruiz darajasiga tezroq erishish uchun ularga eng tik traektoriya bo'ylab parvoz qilish imkonini beradi.

Dvigatelsiz qo'nish

Kelajakdagi samolyotlar sirpanish rejimida qo‘na oladi. Bu yonilg'i tejash va aeroport hududida shovqin darajasini pasaytiradi. Qo'nish tezligi ham pasayadi. Bu uchish-qo'nish yo'laklarining uzunligini qisqartiradi.

Egzoz yo'q

Kelajakdagi aeroportlar yoqilg'ini yoqib yuboradigan ichki yonuv dvigatellaridan foydalanishni butunlay yo'q qiladi. Taksida yurish uchun laynerlar elektr motorli g'ildiraklar bilan jihozlanadi. Shu bilan bir qatorda - yuqori tezlikda ishlaydigan uchuvchisiz elektr traktorlar, ular samolyotlarni perrondan uchish-qo'nish yo'lagiga va aksincha tez etkazib berish imkoniyatiga ega.