На последното въздушно изложение MAKS-2021 Руската обединена двигателна корпорация (UEC) представи редица обещаващи разработки в различни посоки. Един от най -интересните експонати на щанда му беше макет на хибридна електроцентрала (GSU), разработен за внедряване в авиацията. Очаква се такъв GSU да може да намери приложение в различни проекти за самолети и да осигури висока производителност.
Обещаваща посока
Хибридните инсталации, базирани на газова турбина или бутален двигател, съчетани с различни електрически компоненти, имат редица важни характеристики и предимства пред традиционните системи. Тези предимства могат да се използват в различни области, вкл. в авиацията. В момента в няколко държави едновременно се извършва разработването на авиационни GSU с различен състав. Някои проекти вече са представени на тестове и полеви тестове.
През август 2020 г. руският UEC стартира подобен проект. JSC UEC-Klimov е назначен за водещ разработчик. Целта на новия проект е да се създаде обещаваща последователна HSS верига с мощност или 500 kW. Тази инсталация ще се основава на най-новия турбовален двигател VK-650V.
Досега ранните етапи на проекта са завършени и общият облик на инсталацията е определен. Освен това беше направен макет, показан на неотдавнашното изложение MAKS-2021. В близко бъдеще ще има демонстрационен модел за тестване на стенд. През следващите години той ще достигне максималния си капацитет и ще позволи преминаването към нови етапи.
Според UEC, през 2022 г. демонстрационен модел на GSU трябва да покаже мощност от 150 kW и да гарантира проверката на заложените решения. След това тя ще бъде финализирана, а тестове са планирани за 2023 г. с постигане на проектната мощност 500 kW. Въз основа на резултатите от тези дейности, през 2024 г. ще започнат експериментални проекти за създаване на пълноправен GSU за използване на самолети. Планира се да бъде завършен през 2028 г.
UEC вече идентифицира областите на приложение на обещаващия GSO. Тази система може да се използва на самолети за местни линии, на леки многофункционални хеликоптери и на безпилотни летателни апарати с тегло до 8 т. Може да се използва и на различни превозни средства с вертикално излитане, на обещаващи „въздушни таксита“и т.н. Подобна система за лодки и кораби ще бъде разработена на базата на авиационния GSU. Той ще развива мощност от 200-250 kW.
Макетна визия
На MAKS-2021 беше демонстриран макет на GSU в конфигурация за БЛА тип хеликоптер с четири ротора. Елементите на инсталацията бяха поставени на стойка, имитираща подобен продукт. Този подход към дисплея дава възможност да се оцени размерът на GSU и характеристиките на поставянето му на самолета.
Компактна генераторна газова турбина, базирана на съществуващ двигател с достатъчна мощност, е поставена върху конвенционален фюзелаж. До него бяха инсталирани батерия и блокове за силова електроника. На "крилата" бяха поставени четири електродвигателя с ротори. Всички компоненти на GSU бяха свързани чрез кабели.
Оформлението отразява общата схема и състав на обещаващия GSU по отношение на квадрокоптера. Самолети от други схеми и класове ще получат инсталация с различен състав и архитектура. Така че е възможно да се използва различен брой електродвигатели, различни конфигурации на батериите и т.н.
Принципите на работа на новия GSU са доста прости. Двигател с турбовал с генератор генерира електрическа енергия за силовата електроника. Последният отговаря за управлението на електрическите двигатели, отговорни за полета, а също така презарежда батериите. Режимите на работа на инсталацията от UEC все още не са уточнени.
Трудности и предимства
Хибридна инсталация, базирана на турбовален двигател и електрически компоненти, има редица отличителни предимства пред традиционните системи. В същото време има и различни недостатъци. Очевидно правилният подход към дизайна на самия GSU и към избора на самолета за него ще ви позволи да получите максимална възвръщаемост с минимални недостатъци.
Газотурбинните системи включват редица различни компоненти, поради което се различават от традиционните газотурбинни системи с по -голяма сложност и цена. Освен това хибридната инсталация има по -голям общ обем и маса, което налага ограничения върху развитието на самолета -носител. В същото време модулите на GSU не се нуждаят от твърда механична връзка помежду си и могат да бъдат разположени между наличните обеми, което опростява разположението на самолета.
Хибридните инсталации могат да покажат висока горивна ефективност. За целта двигателят с турбовал трябва да работи при оптимални режими, които дават минимален разход на гориво, а на системите за управление е възложена задачата да разпределят правилно електричеството между двигателите и батериите в съответствие с текущия режим на полет. В същото време се подобряват и други характеристики: ресурсът расте и се намаляват вредните емисии.
Полетът на устройството с GSU се извършва от електрически двигатели, управлявани от електроника. Това ви позволява по -ефективно да поддържате необходимия режим на работа, както и бързо да го променяте, като вземете предвид променящите се условия. По -специално, той ще осигури бързо освобождаване до максимална мощност.
В зависимост от състава и принципите на управление, GSU теоретично може да работи в няколко режима, вкл. без използване на двигател с турбовал - само поради батерии. Този режим ще увеличи надеждността и безопасността: в случай на повреда на главния двигател и генератора, самолетът ще може да продължи полета си.
Планове за бъдещето
Благодарение на едно или друго предимство, хибридните електроцентрали с различна архитектура могат да намерят място в авиацията и да изтласкат традиционните системи. GSO представляват интерес в контекста на по -нататъшното развитие на пилотирани и безпилотни самолети и хеликоптери. Въпреки това, въпреки че не трябва да се очаква, че в разумен срок те ще могат напълно да изместят други възможности за електроцентрали.
Потенциалът на GSO естествено привлича разработчици и клиенти от различни страни и от миналата година руската индустрия е тясно ангажирана с тази тема. Първите работи вече са извършени, формирани са общи принципи на обещаващи проекти и са идентифицирани бъдещи области на тяхното приложение. Освен това е показан модел на бъдещия продукт и са обявени събития за следващите години.
Работата по разработването на електроцентрала с мощност 500 kW на базата на двигателя VK-650V ще се проведе през 2024-28 г. Така вече в средата на десетилетието или в началото на втората му половина може да се очаква появата на първите пълноценни самолетни проекти за вътрешната авиационна GSU. Ще трябва да се появят и проекти за въвеждане на морската му модификация.
Не е известно какви ще бъдат самолетите и лодките с хибридна електроцентрала. Ясно е обаче, че тази посока има голям потенциал и ви позволява да получите много интересни възможности. Тя трябва да бъде разработена с оглед на практическо приложение. Това прави UEC от миналата година - и вече е готова да покаже първите резултати.
