|
Российский гидросамолет борется за азиатский рынок. Мировая аэрокосмическая индустрия стоит на пороге глобальных перемен. Появляются новые, прорывные решения, которые кардинально изменят облик отрасли. По мнению экспертов, настоящий революционный технологический рывок олицетворит электрический самолет.
- По нашим оценкам, общий потенциал повышения эффективности от использования традиционных технологий в авиастроении к 2030 году не превысит 35-40 процентов от сегодняшнего уровня. И по авиадвигателям, и по аэродинамике практически достигнут потолок. Так что действительно нужен скачок, сопоставимый с переходом от винтовой к реактивной авиации. И электрические самолеты - это одно из наиболее очевидных направлений прорыва, - сказал "РГ" генеральный директор НИЦ "Институт имени Н.Е. Жуковского" доктор технических наук Андрей Дутов.
Национальный исследовательский центр "Институт им. Н.Е. Жуковского", куда сегодня входят ЦАГИ (Центральный аэрогидродинамический институт) и ЦИАМ (Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова"), разрабатывает ключевые технологии.
- Мы отказываемся от гидравлики и пневматики и разрабатываем технологии, которые будут положены в основу создания отечественного самолета с гибридно-электрической силовой установкой, - заметил в интервью "РГ" генеральный директор ЦИАМ Михаил Гордин. - Например, в электрическом двигателе, входящем в состав гибридно-электрической силовой установки, может применяться эффект высокотемпературной сверхпроводимости. Его основа - проводники, охлаждаемые жидким азотом, который при очень низкой температуре (минус 196 градусов) обладает эффектом практически нулевого сопротивления. В результате достигается высокий коэффициент полезного действия и существенно уменьшаются массогабаритные характеристики двигателя.
В мире почти никто не имеет реальных работ в этом направлении. По крайней мере завершенных. Но работы по освоению электрических технологий для авиации ведутся в разных странах. Для самолето- и двигателестроения это совершенно новая история, абсолютно передовая. И здесь Россия в тренде.
По словам Михаила Гордина, на первом этапе у нас - создание уникальной гибридно-электрической силовой установки мощностью 500 кВт (679 лошадиных сил) с использованием сверхпроводников. На следующих этапах появится сверхпроводящий генератор. По планам, в 2019-2021 годах будет испытан электродвигатель, в 2022-м - генератор.
Как предполагается, первый полностью электрический самолет с гибридно-электрической силовой установкой на 180 пассажиров полетит не ранее 2050 года. В среднесрочной перспективе возможно создание серийной электрической силовой установки для самолетов на 2-4 пассажира и гибридной - на 9-19 пассажиров. Сейчас российские конструкторы спроектировали, изготовили и проводят испытания электродвигателя. При мощности 60 кВт (80 лошадиных сил) он весит немногим более 20 килограммов.
Электрические самолеты - это одно из наиболее очевидных направлений прорыва
Необходимо решить огромное количество сопутствующих технологических проблем: хранение энергии на борту, передача и доведение ее до двигателя, переделка бортовых систем с учетом того, что основным источником энергии будет не реактивный двигатель, а источник питания... Важно отработать весь комплекс.
Поэтому демонстратор - необходимое звено в технологической цепи от фундаментальных явлений к конкретному образцу.
Но сегодня вопрос не только в том, на чем летать, но и куда летать. Тот же "региональщик", подчеркивают аналитики, должен делаться не просто из красивых идей и форм, а исходя из максимальной экономической эффективности для страны.
В частности, сейчас ученые ЦАГИ разрабатывают легкий многоцелевой самолет для региональной авиации. Они работают над концепцией аэродинамической компоновки легкой машины короткого взлета и посадки, предназначенного для перевозки пассажиров, негабаритных грузов, а также медицинских и спасательных операций в условиях сурового климата. По сравнению с имеющимися аналогами предлагается увеличение скорости полета с 300-350 до 650-700 километров в час, дальности - с 700-1000 до 2000 километров и сокращение взлетно-посадочной полосы с 600-700 до 300-400 метров.
- Совместить в компоновке воздушного судна такие противоречивые требования довольно сложно: например, взлетать с короткой ВПП можно только на небольшой скорости, из-за чего страдают аэродинамическое качество и скорость полета на крейсерском режиме, - отмечает начальник отдела отделения системных исследований и концептуального проектирования авиационно-космической техники ЦАГИ Вячеслав Кажан.
Изучив возможности современной авиатехники и научно-технические наработки, специалисты нашли оптимальный выход: в помощь аэродинамике решили использовать энергетику распределенной гибридной силовой установки, состоящей из турбовального двигателя, 20-30 электровентиляторных моторов, электрогенератора и резервной аккумуляторной батареи. Такая установка тяжелее обычной, но одновременное применение крыла малого удлинения со струйными закрылками, увеличивающими подъемную силу, компенсирует вес и дает возможность взять на борт больше топлива для дальнего перелета. Благодаря плавной интегральной компоновке летательного аппарата уменьшаются площадь омываемой поверхности и, соответственно, лобовое сопротивление. В результате мощности самолета достаточно для достижения заявленной скорости.
Надо сказать, что исследования по формированию облика самолетов следующего поколения - одна из ключевых задач, стоящих перед учеными ЦАГИ. Так, в рамках госконтракта с Минпромторгом России специалисты института разработали концепт перспективного гражданского воздушного судна увеличенной дальности и скорости полета. Летательный аппарат может быть использован для пассажирских и иных перевозок на расстояния до 9 тысяч километров.
В интересах поисковых исследований была спроектирована тематическая модель с типовым фюзеляжем круглого сечения. На ней будут испытываться различные варианты крыльев. На первом этапе испытывались два вида крыльев: первое со стреловидностью 30 градусов, рассчитанное на крейсерское число М = 0,83-0,84, второе - с чуть большей стреловидностью - на крейсерское число М = 0,84-0,85.
- Во всем мире возрастает интерес к новым самолетам умеренной пассажировместимости (200-250 мест), способным преодолевать расстояния свыше 8 тысяч километров и долетать из Европы до восточного побережья США. Естественно, и в нашей стране с ее огромными территориями такая машина будет востребована. За счет новых методов проектирования возможно значительное улучшение аэродинамических характеристик по сравнению с самолетами предыдущего поколения. А если учесть прогресс в области материалов и двигателей, то получается, что расход топлива можно снизить на 30-35 процентов, - комментирует начальник отдела отделения аэродинамики самолетов и ракет ЦАГИ, кандидат технических наук Анатолий Болсуновский.
Эксперименты, прошедшие в трансзвуковой аэродинамической трубе ЦАГИ, подтвердили предварительные расчетные оценки. Это позволяет рекомендовать спроектированную компоновку для дальнейших проработок в отечественных конструкторских бюро.
|