Гибридные силовые установки в авиации реферат

Обновлено: 04.07.2024

Основные производители авиационных двигателей в настоящее время уделяют повышенное внимание созданию гибридных силовых установок (ГСУ), в составе которых комбинируется тепловой двигатель (поршневой или газотурбинный) и электрический мотор. Данная комбинация позволяет существенно повысить топливную эффективность летательного аппарата, снизить вредные выбросы и повысить экономичность эксплуатации.

Объединенная двигателестроительная корпорация (ОДК, входит в госкорпорацию "Ростех"), являясь одним из крупнейших мировых игроков на рынке авиадвигателей, также уделяет существенное внимание развитию ГСУ. Макет гибридной силовой установки для авиации впервые представлен на Международном авиационно-космическом салоне — МАКС-2021.

Гибридный подход

Развитие ГСУ и их интеграция в состав летательных аппаратов различного назначения является одной из наиболее актуальных тенденций развития рынка авиадвигателей: комбинация ГТД и электрического мотора позволяет частично решить основные проблемы современной авиации. Мировой опыт показывает, что практически все крупные производители силовых установок для авиации в той или иной степени ведут работы по созданию ГСУ. В частности, американская компания Pratt & Whitney в середине июля 2021 года заручилась поддержкой правительства Канады для совершения первого полета турбовинтового гибридного авиадвигателя: ожидается, что он позволит существенно снизить вредные выбросы в атмосферу. Одновременно предполагается существенная экономия топлива, которая в случае интеграции ГСУ на региональные турбовинтовые пассажирские и транспортные самолеты может составить до 30%.

Гибридная силовая установка (ГСУ) представляет собой симбиоз теплового и электрического двигателя. В качестве теплового используется поршневой или газотурбинный. В авиационной ГСУ электрическая часть подключается на взлете и посадке летательного аппарата, в то время как основная часть полета происходит за счет только тепловой машины. ГСУ считается одним из наиболее перспективных направлений развития современного двигателестроения. "Электрификация силовых установок действительно открывает новые возможности для авиации. И не только в части экологических требований, о которых сейчас так много говорят. В перспективе использование ГСУ может повысить надежность и функциональность платформ с однодвигательными компоновками, надежность и скорость вертолетов, для пассажирской авиации решить проблему шума в населенных пунктах, где небольшие взлетно-посадочные полосы расположены в черте города, и улучшить взлетно-посадочные характеристики", — сообщил ранее в интервью ТАСС заместитель генерального директора ОДК по стратегии Михаил Ремизов.

Американская корпорация United Technologies Corporation (UTC) также ведет разработки в сфере гибридных авиадвигателей и их установки на различные летательные аппараты. В частности, корпорация представила "проект 804" — демонстратор легкого турбовинтового самолета Dash 8 канадской компании Bombardier, у которого вместо одного из двигателей установлена ГСУ мощностью 2 МВт. В настоящее время образец проходит ряд испытаний. Примечательно, что наиболее важной заявленной целью "проекта 804" является снижение расходов топлива и повышение экономической эффективности перевозок. По данным компании, самолет, оснащенный ГСУ, позволит перевозить от 30 до 50 пассажиров на дистанции от 200 до 250 морских миль (370–463 км) и совершать полет в течение одного часа.

Путин считает, что будущее авиации - за искусственным интеллектом и беспилотниками

В начале июня 2021 года британская компания Rolls-Royce начала испытания первых компонентов собственной гибридной силовой установки на базе AE2100 для авиации. Ее общая мощность составит 2,5 МВт. Сроки создания AE2100 не уточняются, однако Rolls-Royce неоднократно сообщала о намерении существенно снизить выброс вредных веществ к 2030 году. Вполне вероятно, что именно к этому периоду и завершится разработка ГСУ. Ранее разработка этой ГСУ велась Rolls-Royce в сотрудничестве с европейским концерном Airbus, однако в апреле 2020 года совместный проект был закрыт, и британская компания продолжила самостоятельную разработку этой установки.

Французская группа компаний Safran активно ведет разработку ГСУ для вертолетов и коммерческих самолетов. Предполагается, что на рубеже 2040–2050-х годов данные силовые установки будут доминировать в портфеле заказов компании. Вертолетная ГСУ разработки Safran выполнила первое тестовое испытание в июле 2018 года, мощность образца составила 100 кВт.

Американская корпорация General Electric создает в сотрудничестве с компанией XTI ГСУ TriFan, предназначенную для легких пассажирских и транспортных самолетов. Ее мощность составит порядка 1 МВт, максимальная мощность — около 1,4 тыс. л.с. При установке на легкий самолет Denali компании Cessna Catalyst позволяет перевозить до четырех человек на дальность до 1,6 тыс. морских миль (3 тыс. км) на скорости до 285 узлов (527 км/ч). Работы находятся в активной стадии, ожидается, что готовый образец ГСУ будет создан к началу 2030-х годов.

Разработки гибридного авиадвигателя ведут и китайские производители двигателей, однако о создании каких-либо демонстраторов или готовых образцов на данный момент неизвестно.

ОДК на рынке гибридных силовых установок

Проект по созданию демонстратора отечественной ГСУ, предназначенной для летательных аппаратов, был инициирован ОДК в августе 2020 года, головным исполнителем и разработчиком было определено АО "ОДК-Климов" (входит в ОДК госкорпорации "Ростех"). Демонстратор гибридной установки последовательной схемы мощностью 500 кВт (680 л.с.) будет создан на базе двигателя ВК-650В. В ходе МАКС-2021 корпорация представила макет отечественной ГСУ на базе легкого беспилотного летательного аппарата (БЛА).

Турбовальный двигатель ГСУ Пресс-служба ОДК

Как сообщили ТАСС в ОДК, ожидается, что начало испытаний демонстратора пройдет уже в ближайшее время. "Начало испытаний запланировано на середину 2022 года, а второй этап по созданию демонстратора ГСУ планируется завершить в 2024 году", — проинформировали в корпорации.

Опытно-конструкторская работа по созданию силовой установки запланирована на 2024–2028 годы, а в настоящий момент определяется летательный аппарат, на который будет устанавливаться ГСУ. "Рассматривается несколько типов беспилотных летательных аппаратов, в том числе двойного применения. Подготовка к серийному производству ГСУ будет инициирована в 2025 году, а запуск серийного производства — в 2029 году", — сообщил ТАСС заместитель директора программы перспективных двигателей "ОДК-Климов" Михаил Шемет.

Применение ГСУ позволит повысить топливную эффективность и безопасность полетов, снизить вредные выбросы, увеличить тяговооруженность летательного аппарата, обеспечить возможность быстрого форсирования мощности за счет электрической части, а также увеличить ресурс и надежности силовой установки. Как ожидается, отечественная разработка не будет уступать иностранным аналогам.

Основные параметры разрабатываемых иностранных ГСУ не предаются широкой огласке, так как работы находятся в активной фазе разработки, поэтому конкретные сравнения затруднительны. Тем не менее следует отметить высокие заложенные значения удельных параметров электрических элементов ГСУ относительно мирового уровня — электрических машин, блоков силовой электроники, химических источников тока

В настоящий момент в качестве газотурбинного привода гибридного авиамотора выбран перспективный двигатель ВК-650В.

ГСУ как драйвер развития новых технологий

Разработка ГСУ позволит дать существенный скачок развитию технологий в области электрических машин, химических источников энергии и силовой электроники с высокой удельной мощностью и низкими массогабаритными показателями. Одновременно проводятся работы в смежных отраслях — в частности, в настоящее время изучается возможность применения биотоплива для ГТД — это радикально сократит уровень вредных выбросов. "Данные разработки ведутся, но в настоящий момент научно-исследовательская работа ОДК не сконцентрирована на этой задаче", — сообщили ТАСС в корпорации.

Проводятся исследования и по созданию полностью электрических двигателей для авиации. "Создание полностью электрических силовых установок является перспективным направлением — в РФ и мире ведутся работы по их разработке", — отметили в ОДК.

Как проинформировали в корпорации, коммерциализация ГСУ в ближайшей перспективе будет ограничена мощностью 1–1,5 МВт. Вместе с тем развитие технологий позволит в средней перспективе создавать установки мощностью до 3 МВт для региональных и транспортных летательных аппаратов.

Блок силовой электроники ГСУ Прес-служба ОДК

Полученный научно-технический задел в области гибридных технологий может быть использован не только для отрасли авиадвигателестроения, но и автопрома, морского и железнодорожного транспорта, а также электромашиностроения, электроники и источников тока.

Гибридная установка может применяться в качестве двигателя и для военной техники. "ГСУ позволяет повысить тяговооруженность и маневренность летательного аппарата за счет дополнительной мощности от электрической части. Появляется возможность создавать летательный аппарат с новыми архитектурами", — подчеркнул Шемет.

Гибридные двигатели для морской техники

ОДК уделяет внимание применению технологий ГСУ и в других сферах. В частности, ведется создание такой установки для различной морской техники. "Одной из целей текущей научно-исследовательской работы является создание демонстратора ГСУ морского применения мощностью 200–250 кВт (270–340 л.с.). Потенциальными объектами применения второго создаваемого демонстратора могут быть скоростные маломерные суда различного назначения, в том числе разъездные суда, спасательные и патрульные катера и другие объекты. Кроме того, полученный научно-технический задел будет использован для создания ГСУ судов большей размерности", — проинформировали в ОДК.


На прошедшем авиасалоне МАКС-2021 российская Объединенная двигателестроительная корпорация (ОДК) представила целый ряд перспективных разработок в разных направлениях. Одним из самых интересных экспонатов ее стенда стал макет гибридной силовой установки (ГСУ), разрабатываемой для внедрения в авиации. Ожидается, что такая ГСУ сможет найти применение в разных проектах летательных аппаратов и обеспечить получение высоких характеристик.

Перспективное направление

Гибридные установки на основе газотурбинного или поршневого двигателя, сопряженного с различными электрическими компонентами, имеют ряд важных особенностей и преимуществ перед системами традиционных архитектур. Эти преимущества могут использоваться в разных сферах, в т.ч. в авиации. В настоящее время сразу в нескольких странах осуществляется отработка авиационных ГСУ разного состава. Некоторые проекты уже доведены до стендовых и натурных испытаний.

К настоящему времени проведены ранние этапы проекта и определен общий облик установки. Кроме того, изготовлен макет, показанный на недавнем салоне МАКС-2021. В ближайшем будущем появится демонстрационный образец для стендовой отработки. В течение следующих лет он выйдет на максимальную мощность и позволит переходить на новые этапы.


Как сообщает ОДК, в 2022 г. демонстрационный образец ГСУ должен показать мощность 150 кВт и обеспечить проверку заложенных решений. Затем его доработают, и на 2023-й запланированы испытания с достижением проектной мощности 500 кВт. По результатам этих мероприятий, в 2024 г. начнется опытно-конструкторская работа по созданию полноценной ГСУ для использования на летательных аппаратах. Ее планируют завершить в 2028 г.

Макетный облик

На МАКС-2021 демонстрировался макет ГСУ в конфигурации для БПЛА вертолетного типа с четырьмя несущими винтами. Агрегаты установки разместили на стенде, имитирующем подобное изделие. Такой подход к показу позволяет оценить размеры ГСУ и особенности ее размещения на летательном аппарате.


Макет отражает общую схему и состав перспективной ГСУ применительно к квадрокоптеру. Летательные аппараты других схем и классов получат установку иного состава и архитектуры. Так, возможно использование разного количества электродвигателей, отличающихся конфигураций батарей и т.д.

Принципы действия новой ГСУ достаточно просты. Турбовальный двигатель с генератором вырабатывают электроэнергию, подаваемую на силовую электронику. Последняя отвечает за управление электромоторами, отвечающими за полет, а также выполняет подзарядку аккумуляторных батарей. Режимы работы установки от ОДК пока не уточнялись.

Сложности и преимущества

Гибридная установка на основе турбовального двигателя и электрических компонентов имеет ряд характерных преимуществ перед традиционными системами. В то же время, имеются и недостатки разного рода. Очевидно, что правильный подход к проектированию самой ГСУ и к подбору летательного аппарата для нее позволит получить максимальную отдачу при минимальных недостатках.

ГСУ включает ряд разнородных компонентов, из-за чего отличается от традиционных газотурбинных систем большей сложностью и стоимостью. Кроме того, гибридная установка имеет больший суммарный объем и массу, что накладывает ограничения при разработке летательного аппарата-носителя. В то же время, агрегаты ГСУ не нуждаются в жесткой механической связи друг с другом, и их можно разнести по доступным объемам, что упрощает компоновку летательного аппарата.

Авиационная гибридная силовая установка от ОДК

Гибридные установки могут показывать высокую экономичность по топливу. Для этого турбовальный двигатель должен работать на оптимальных режимах, дающих минимальный расход топлива, а на системы управления возлагается задача правильного распределения электроэнергии между моторами и аккумуляторами в соответствии с текущим режимом полета. Одновременно улучшаются и другие характеристики: растет ресурс и сокращаются вредные выбросы.

Полет аппарата с ГСУ осуществляется за счет электрических моторов, управляемых электроникой. Это позволяет более эффективно поддерживать требуемый режим работы, а также быстро изменять его с учетом меняющихся условий. В частности, будет обеспечен быстрый выход на максимальную мощность.

В зависимости от состава и принципов управления, ГСУ теоретически способна работать в нескольких режимах, в т.ч. без использования турбовального двигателя – только за счет аккумуляторов. Такой режим повысит надежность и безопасность: при выходе из строя основного двигателя и генератора, летательный аппарат сможет продолжать полет.

Планы на будущее

Благодаря тем или иным преимуществам, гибридные силовые установки разной архитектуры могут найти место в авиации и потеснить системы традиционного рода. ГСУ представляют интерес в контексте дальнейшего развития пилотируемых и беспилотных самолетов и вертолетов. Впрочем, пока не следует ожидать, что в разумные сроки им удастся полностью вытеснить другие варианты силовых установок.


Потенциал ГСУ закономерно привлекает разработчиков и заказчиков из разных стран, и с прошлого года этой тематикой плотно занялась российская промышленность. Уже проведены первые работы, сформированы общие принципы перспективных проектов и определены будущие сферы их применения. Кроме того, показан макет будущего изделия и анонсированы мероприятия будущих лет.

Опытно-конструкторская работа по ГСУ мощностью 500 кВт на основе двигателя ВК-650В пройдет в 2024-28 гг. Таким образом, уже в середине десятилетия или в начале второй его половины можно ожидать появление первых полноценных проектов летательных аппаратов под отечественную авиационную ГСУ. Также должны будут появиться проекты внедрения ее морской модификации.

Какими будут летательные аппараты и катера с гибридной силовой установкой, неизвестно. Однако понятно, что это направление имеет большой потенциал и позволяет получать весьма интересные возможности. Его следует развивать с прицелом на практическое применение. Именно этим с прошлого года занимается ОДК – и она уже готова показывать первые результаты.

Известными полными гибридами являются автомобили Toyota Prius, Lexus RX 450h, Ford Escape Hybrid. В этом сегменте рынка гибридных автомобилей господствует компания Toyota и ее система Hybrid Synergy Drive, HSD. Силовая установка системы HSD представляет собой двигатель внутреннего сгорания (соединенный с водило планетарного редуктора), электродвигатель (соединенный с коронной шестерней… Читать ещё >

Гибридные силовые установки ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Содержание

  • Введение
  • 1. Характеристики гибридного автомобиля
  • 2. Последовательная схема гибридного автомобиля
  • 3. Параллельная схема гибридного автомобиля
  • 4. Комбинированная схема гибридного автомобиля
  • Заключение
  • Перечень использованных источников

Известными полными гибридами являются автомобили Toyota Prius, Lexus RX 450h, Ford Escape Hybrid. В этом сегменте рынка гибридных автомобилей господствует компания Toyota и ее система Hybrid Synergy Drive, HSD. Силовая установка системы HSD представляет собой двигатель внутреннего сгорания (соединенный с водило планетарного редуктора), электродвигатель (соединенный с коронной шестерней планетарного редуктора), генератор (соединенный с солнечной шестерней планетарного редуктора). Двигатель внутреннего сгорания работает по циклу Аткинсона, при котором реализуются посредственные мощностные показатели на низких оборотах, соответственно достигается большая топливная экономичность и меньшие вредные выбросы [3]. В работе системы Hybrid Synergy Drive выделяются следующие режимы: Режим электромобиля, при котором ДВС выключен, а аккумуляторная батарея питает электродвигатель. Режим движения с постоянной (крейсерской) скоростью, при котором мощность от ДВС распределяется между ведущими колесами и генератором. Генератор в свою очередь питает электродвигатель, мощность которого суммируется с мощностью ДВС.

При необходимости производится зарядка аккумуляторной батареи. Форсированный режим, при котором к ДВС присоединяется электродвигатель, питающийся от аккумуляторной батареи, обеспечивая импульс мощности. Экономичный режим, при котором аккумуляторная батарея питает генератор. Генератор преобразует электрическую энергию в механическую, замедляя вращение ДВС. При этом крутящий момент двигателя не уменьшается, а достигается топливная экономичность. Режим торможения, при котором электродвигатель работает как генератор, а электроэнергия используется для вращения солнечной шестерни в противоположную сторону, замедляя скорость движения автомобиля. Режим зарядки аккумулятора, осуществляющийся с помощью ДВС и генератора. Заключение

Гибридные автомобили считаются транспортом будущего, так как ресурсы топлива ограничены и когда придется искать альтернативный источник. Гибридный автомобиль экономит расход топлива почти в 2 раза, тем самым максимально рационально его используя[4]. Средний расход топлива гибридных автомобилей составляет 3−5 литров при смешанной езде. Вы не только бережете ресурсы топлива и своего кошелька, но так же делаете огромный вклад в экологию вашего города, уменьшив количество вредных выбросов на 30−40%. В некоторых странах уже существуют специальные дороги и трасы для автомобилей гибридов, где все участники движения чувствуют себя спокойно. Но не бывает ничего совершенного, и кроме недостатка в малой мощности, у гибридных автомобилей существует еще один недостаток.

Электрический двигатель является не только преимуществом, но и недостатком, так как во время ДТП автомобильный гибрид становится куда опаснее обычного автомобиля. Электрический двигатель может стать причиной поражения электрического тока и из такого автомобиля сложнее выбраться, так как корпус может находиться под напряжением. При поломке гибридного автомобиля ремонт обойдется вам дороже, чем у обычного автомобиля. Так же выше и цена самого автомобиля по сравнению с обычным.

Но эта сумма окупится вам в количестве затрачиваемого бензина. На сегодняшний день ведутся активные разработки в области усовершенствования гибридных автомобилей, в том числе и их безопасности. Перечень использованных источников1. Современные автомобильные технологии/ Дж. Дениелс.

Любой выигрыш в эффективности достигается за счет участия в переходных процессах газовой турбины, когда крутящий момент двигателя возвращается через коробку передач и используется в качестве стартового двигателя. Но эти эффекты не могут компенсировать 9% потерь, вызванных весом батареи.

Каждый раз, когда разработчики пытаются пойти по пути повышения эффективности авиалайнеров с помощью энергии аккумулятора, вес аккумулятора убивает эту идею.

Лучшие литий-ионные аккумуляторы достигают 300 Вт/кг, что достаточно для небольших самолетов, в то время как региональному авиалайнеру потребуется блок батарей на 500 Вт/кг. Параллельный гибрид без большой батареи, по сути, является встроенным стартовым двигателем. Однако, он не может заменять или поддерживать мощность газовой турбины при взлете, наборе высоты или крейсерском режиме. Это связано с тем, что в этом случае размер и вес батареи значительно увеличивается, и все преимущества теряются.

гибридный двигатель, самолет, литий-ионный аккумулятор, параллельная гибридная система, двигатель с батарейным питанием, турбинный двигатель, газовая турбина

Турбовальный двигатель Rolls-Royce M250 является частью экспериментальной гибридно-электрической установки.

Гибридные двигатели коммерческих транспортных самолетов - это актуальная область с большим потенциалом, позволяющая повысить эффективность использования топлива, снижения выбросов и уровня шума в них. Исследования НАСА в этой области включают в себя концепции самолетов, системы электропитания, материалы для компонентов и испытательные установки, а также исследовательские инвестиции в турбогенераторные взаимодействия.

Электрическая силовая установка в коммерческих воздушных судах может быть в состоянии уменьшить выбросы углекислого газа, но только тогда, когда новые технологии достигают необходимых параметров для успешного коммерческого флота, прежде всего таких как вес и надежность. Для региональных самолетов и больших самолетов конструктивные конфигурации обычно делятся на три категории: частично турбоэлектрические, полностью турбоэлектрические и гибридные электрические.

Концепции двигательных установок на электрифицированных самолетах

В ближайшее время предполагается развитие следующих направлений создания самолетов: полностью электрические, гибридные (параллельный гибрид, серийный гибрид, параллельный частичный гибрид) и турбоэлектрические (полностью турбоэлектрический, частично турбоэлектрический). Эти шесть архитектур основаны на различных электрических технологиях (батареи, двигатели, генераторы и т. д.). Уровни снижения выбросов CO2, связанные с различными архитектурами, зависят от конфигурации, характеристик компонентов и задач.

гибридный двигатель, самолет, литий-ионный аккумулятор, параллельная гибридная система, двигатель с батарейным питанием, турбинный двигатель, газовая турбина

гибридный двигатель, самолет, литий-ионный аккумулятор, параллельная гибридная система, двигатель с батарейным питанием, турбинный двигатель, газовая турбина

В параллельной гибридной системе двигатель с батарейным питанием и турбинный двигатель оба установлены на валу, который приводит в движение вентилятор, так что один или оба могут обеспечивать движение в любой момент времени.

Во всех электрических системах батареи используются в качестве единственного источника энергии на летательном аппарате.

Гибридные системы используют газотурбинные двигатели для приведения в движение и для зарядки аккумуляторов; батареи также обеспечивают энергию для движения в течение одного или нескольких этапов полета.

В параллельной гибридной системе двигатель с батарейным питанием и турбинный двигатель оба установлены на валу, который приводит в движение вентилятор, так что один или оба могут обеспечивать движение в любой момент времени.

В последовательной гибридной системе только вентиляторы механически связаны с вентиляторами; газовая турбина используется для привода электрического генератора, выходной сигнал которого приводит в движение двигатели и/или заряжает аккумуляторы. Серия гибридных систем совместима с концепциями определенного движения, которые используют несколько относительно небольших двигателей и вентиляторов.

Последовательная /параллельная частичная гибридная система имеет один или несколько вентиляторов, которые могут приводиться в движение непосредственно газовой турбиной, а также другие вентиляторы, которые приводятся в действие исключительно электрическими двигателями; Эти двигатели могут питаться от батареи или от турбогенератора.

гибридный двигатель, самолет, литий-ионный аккумулятор, параллельная гибридная система, двигатель с батарейным питанием, турбинный двигатель, газовая турбина

В последовательной гибридной системе только вентиляторы механически связаны с вентиляторами; газовая турбина используется для привода электрического генератора, выходной сигнал которого приводит в движение двигатели и/или заряжает аккумуляторы. Серия гибридных систем совместима с концепциями определенного движения, которые используют несколько относительно небольших двигателей и вентиляторов.

Полные и частичные турбоэлектрические конфигурации не полагаются на батареи для энергии движения в течение любой фазы полета. Скорее, они используют газовые турбины для привода электрических генераторов, которые приводят в действие инверторы и, в конечном итоге, двигатели постоянного тока, которые приводят в действие распределенные электрические вентиляторы.

Частичная турбоэлектрическая система является вариантом полной турбоэлектрической системы, которая использует электрическую тягу для обеспечения части движущей силы; остальное обеспечивается турбовентилятором, приводимым в движение газовой турбиной. В результате электрические компоненты для частичной турбоэлектрической системы могут быть разработаны с меньшими достижениями по сравнению с уровнем техники, чем требуется для полной турбоэлектрической системы. Поскольку относительно легко передавать электроэнергию нескольким широко разнесенным двигателям,

гибридный двигатель, самолет, литий-ионный аккумулятор, параллельная гибридная система, двигатель с батарейным питанием, турбинный двигатель, газовая турбина

Последовательная /параллельная частичная гибридная система имеет один или несколько вентиляторов, которые могут приводиться в движение непосредственно газовой турбиной, а также другие вентиляторы, которые приводятся в действие исключительно электрическими двигателями; Эти двигатели могут питаться от батареи или от турбогенератора.

Исследование турбоэлектрической тяги является одним из четырех высокоприоритетных подходов для разработки передовых технологий движителей и энергетических систем, которые могут быть введены в эксплуатацию в течение следующих 10-30 лет для сокращения выбросов CO2. Гибридно-электрические и полностью электрические системы не рекомендуются в качестве высокоприоритетного подхода, поскольку аккумуляторы с емкостью и удельной мощностью, необходимые для коммерческих воздушных судов пока не достигают характеристик, удовлетворяющих требованиям сертификации FAA.

гибридный двигатель, самолет, литий-ионный аккумулятор, параллельная гибридная система, двигатель с батарейным питанием, турбинный двигатель, газовая турбина

гибридный двигатель, самолет, литий-ионный аккумулятор, параллельная гибридная система, двигатель с батарейным питанием, турбинный двигатель, газовая турбина

Альтернатива на ближайший период

Итак, можно сделать вывод, что на сегодняшний день при современных устройствах хранения энергии ни электрические авиалайнеры на акумуляторах ни гибридные электрические авиалайнеры для коммерческого использования применять не придется. Этот тезис остается как минимум до тех пор, пока сертифицируемые аккумуляторные системы не повысят плотность своей энергии. Для ближнемагистральных самолетов – эта задача будет решена в ближайшие годы.

В течение ближайшего 30-летнего периода та же ситуация применима к технологиям, связанным со сверхпроводящими двигателями и генераторами, топливными элементами и криогенным топливом. Конфигурации самолетов с полностью электрическим аккумулятором вероятно всего будут ограничены небольшими самолетами (авиация общего назначения и пригородных самолетов), которые не являются значительным источником выбросов CO2 по сравнению с более крупными коммерческими самолетами. Для больших коммерческих самолетов вполне вероятно, что применение топливных элементов будет ограничено вторичными системами, такими как вспомогательные силовые установки и стартовые системы. Значительные улучшения в удельной мощности батарей и топливных элементов должны быть достигнуты, прежде чем эти источники энергии будут рассмотрены для больших самолетов. Кроме того, чистое сокращение CO2, выбросов от использования полностью электрических систем или систем с топливными элементами значительно минимизируются, если электрическая энергия, используемая для зарядки батарей или производства водорода, используемого для питания топливных элементов, будет генерируется с использованием возобновляемых источников или технологий с низким уровнем выбросов углерода.

Реальные планы на перспективу

Концепции двигательных установок на электрифицированных самолетах, в которых используется комбинация обычной и электрической энергии, представляют собой один многообещающий подход к двигателям с низким выбросом вредных веществ в период до 2025 года и в последующий период. В этих концепциях предполагается использовать лучший источник питания или комбинацию источников для обеспечения мощности, необходимой в различных условиях полета, и они предлагают гибкие возможности проектировщикам планера для уменьшения сопротивления или достижения других требуемых характеристик.

гибридный двигатель, самолет, литий-ионный аккумулятор, параллельная гибридная система, двигатель с батарейным питанием, турбинный двигатель, газовая турбина

Предполагается, что в течение следующего десятилетия альтернативная энергия начнет существенно влиять на сокращение выбросов и повышения эффективности, а рынки начнут открываться для электрифицированных небольших самолетов. При этом усовершенствованные двигательные установки с оптимизированным использованием устойчивых топлив, которые производятся экономически в достаточных количествах, существенно сократят выбросы углерода в парке, а сертифицированные малые летательные аппараты, оснащенные двигателем с электрифицированным самолетом, предоставят новые варианты мобильности. В этом десятилетии возможно первоначальное применение альтернативной двигательной установки на больших самолетах.

Ожидается, что после 2035 года устойчивое потребление альтернативного топлива станет нормой для оптимизированных газовых турбин и альтернативных двигательных установок.

Это обеспечит улучшение технико-экономических показателей, повышение производительности, безопасности и меньшего вредного воздействия на окружающую среду, в то время как увеличение парка воздушных судов больших самолетов с более чистыми, более эффективными альтернативными двигательными установками будет в значительной степени способствовать снижению выбросов углерода.

Читайте также: