Общий вид макета для МАКС-2021
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.
В августе 2020 г. российская ОДК запустила аналогичный проект. Головным разработчиком назначено АО «ОДК-Климов». Целью нового проекта является создание перспективной ГСУ последовательной схемы мощностью или 500 кВт. Такая установка будет выполнена на основе новейшего турбовального двигателя ВК-650В.
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.
Турбовальный двигатель и генератор
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.
В ОДК уже определили сферы применения перспективной ГСУ. Эта система может использоваться на самолетах для местных линий, на легких многоцелевых вертолетах и на БПЛА массой до 8 т. Также возможно применение на различных аппаратах вертикального взлета, на перспективных «аэротакси» и т.д. На основе авиационной ГСУ будет разработана аналогичная система для катеров и кораблей. Она будет развивать мощность 200-250 кВт.
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.
На условном фюзеляже разместили компактную газотурбинную генераторную установку, выполненную на основе существующего двигателя достаточной мощности. Рядом с ней установили блок аккумуляторных батарей и блоки силовой электроники. На «крыльях» поместили четыре электромотора с несущими винтами. Все компоненты ГСУ соединялись кабелями.
Блоки силовой электроники, отвечающей за распределение мощности
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.
Аккумуляторные батареи
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.
Вариант компоновки ГСУ двухмоторного самолета
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.
Источник: topwar.ru
