Արդյո՞ք էլեկտրական ինքնաթիռն այլընտրանք է ժամանակակից ավիացիային:

2024 Հեղինակ: Seth Attwood | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-16 16:07

Ժամանակակից գազատուրբինային (տուրբոֆան) շարժիչը, որը վարում է երեսպատումները, իհարկե, այգեգործական գործիքների համար նախատեսված երկհարված չխկչխկիչ չէ, այլ բարձր արդյունավետ և շատ հուսալի մեքենա: Այնուամենայնիվ, ըստ ինքնաթիռներ արտադրողների, այն մոտ է հետագա կատարելագործման համար պաշարները սպառելուն:

Ինչու՞ կան շարժիչներ. կառուցվող բոլոր ինքնաթիռներն այնքան նման են միմյանց, որ միայն ավիացիոն փորձագետն անմիջապես կտարբերի Boeing-ը կամ Airbus-ը Bombardier-ից կամ MS-21-ից: Եվ չնայած չկա ոչ մի փոքր կասկած, որ ժամանակակից տիպի ինքնաթիռները երկու գազատուրբինային շարժիչներով թևերի տակ մեզ կշրջեն երկնքով տասնամյակներ շարունակ, նոր դասավորության և ինքնաթիռների նոր աերոդինամիկայի մեծ հույսերը կապված են էլեկտրական շարժիչի հետ:

Արագ, բայց ոչ երկար

Մինչև վերջերս «էլեկտրական ինքնաթիռ» տերմինը հասկացվում էր որպես «ավելի էլեկտրական ինքնաթիռ»՝ ֆիքսված թեւով ինքնաթիռ, որում մեխանիկական և հիդրավլիկ փոխանցման տուփերը առավելագույնս փոխարինվում էին էլեկտրականներով։

Այլևս չկան խողովակներ և մալուխներ. բոլոր մեխանիկական աշխատանքները, ինչպիսիք են ղեկը վարելը և թևի մեքենայացումը, կատարվում են փոքր էլեկտրաշարժիչներ-շարժիչներով, որոնք ապահովված են էներգիայով և հսկիչ ազդանշանի ալիքով: Այժմ տերմինը համալրվել է նոր իմաստով. իսկական էլեկտրական ինքնաթիռն ինքնին պետք է շարժվի էլեկտրական քաշումով:

Իհարկե, էլեկտրական ավիացիայի հեռանկարները կախված են ոչ միայն (և ոչ այնքան) ինքնաթիռների կոնստրուկտորներից, որքան էլեկտրատեխնիկայի ոլորտում առաջընթացից։ Ի վերջո, ինքնաթիռները, ինչպես ասում են, «մարտկոցների վրա» գոյություն ունեն։ Օժանդակ էլեկտրաշարժիչներ տեղադրվել են սլայդերների վրա մի քանի տասնամյակ առաջ։

Extra 330LE-ն, որն առաջին անգամ թռչել է 2016 թվականին, արդեն կրում է սլայդերներ և արագության ռեկորդներ է սահմանում: Բայց դրա բլոկը բաղկացած 14 հզոր լիթիում-իոնային մարտկոցներից և Siemens-ի էլեկտրական շարժիչից, այս երեխային թույլ են տալիս ինքնաթիռ վերցնել միայն երկու հոգու, ներառյալ օդաչուին, և օդում մնալ ոչ ավելի, քան 20 րոպե:

Հավելյալ 330ԼԵ

Իհարկե, կան շատ ավելի տպավորիչ ցուցանիշներով նախագծեր։ Անցյալ տարվա սեպտեմբերին բրիտանական EasyJet ցածր գնով ավիաընկերությունը հայտարարեց, որ տասը տարի հետո կգործարկի ամբողջովին էլեկտրական ռեգիոնալ նավ (540 կմ հեռահարություն, որը բավականին շատ է ներեվրոպական թռիչքների համար)՝ 180 ուղևորների տարողությամբ։

Նախագծի գործընկեր է դարձել ամերիկյան Wright Electric ստարտափը, որն արդեն կառուցել է երկտեղանոց թռչող ցուցադրիչ։ Այնուամենայնիվ, այսօր լավագույն լիթիում-իոնային մարտկոցների էներգիայի խտությունը ավելին է, քան ածխաջրածնային վառելիքին զիջող մեծության կարգը: Ենթադրվում է, որ մինչև 2030 թվականը մարտկոցները կբարելավեն իրենց աշխատանքը առավելագույնը երկու անգամ։

Տուրբինա, մնա՛

Վառելիքի բջիջների հետ կապված իրավիճակը շատ ավելի շահեկան է թվում, երբ վառելիքի քիմիական էներգիան ուղղակիորեն վերածվում է էլեկտրական էներգիայի՝ շրջանցելով այրման գործընթացը։

Ջրածինը համարվում է էներգիայի նման աղբյուրի համար ամենահեռանկարային վառելիքը: Վառելիքի բջիջներով՝ որպես էլեկտրական ինքնաթիռի էներգիայի աղբյուր, փորձեր են իրականացվում աշխարհի տարբեր երկրներում (Ռուսաստանում CIAM-ը հիմնականում աշխատում է նման ինքնաթիռների ստեղծման նախագծերի վրա, և դրանց համար վառելիքի բջիջները ստեղծվում են IPCP RAS-ում, համաձայն. պրոֆեսոր Յուրի Դոբրովոլսկու ղեկավարությամբ):

Թռչող և կառավարվող կոնցեպտներից կարելի է հիշել եվրոպական ցուցադրիչ ENFICA-FC Rapid 200FC-ը, որը միաժամանակ օգտագործում էր ինչպես էլեկտրական մարտկոցներ, այնպես էլ վառելիքի բջիջներ: Բայց այս տեխնոլոգիան նաև զգալի բարելավման և լրացուցիչ հետազոտությունների կարիք ունի:

Այսօրվա ամենաիրատեսական հեռանկարները կարծես հիբրիդային սխեմայով կառուցված էլեկտրական ինքնաթիռների հեռանկարներն են։ Սա նշանակում է, որ օդանավի պտուտակը (պտուտակ կամ պրոֆան) կշարժվի էլեկտրական շարժիչով, բայց այն էլեկտրաէներգիա կստանա գեներատորից, որը պտտվում է … գազատուրբինային շարժիչով (կամ այլ ներքին այրման շարժիչով): Առաջին հայացքից նման սխեման տարօրինակ է թվում՝ նրանք ցանկանում են հրաժարվել GTE-ից՝ հօգուտ էլեկտրական շարժիչի, բայց չեն պատրաստվում դա անել։

Աշխարհում արդեն բավականին քիչ հիբրիդային նախագծեր կան, բայց մեզ առաջին հերթին հետաքրքրում է Ռուսաստանը։Էլեկտրական ինքնաթիռի վրա աշխատանքը, մասնավորապես հիբրիդային սխեմայով, իրականացվել է ավիացիոն պրոֆիլի տարբեր գիտական ինստիտուտներում, ինչպիսիք են TsAGI կամ TsIAM:

Այսօր այս և մի քանի այլ հաստատություններ միավորվել են (2014 թվականից) «Ն. Ե. Ժուկովսկու անվան ինստիտուտ» գիտահետազոտական կենտրոնի հովանու ներքո, որը կոչված է դառնալու ոլորտի մեկ հզոր «ուղեղային տրեստ»: Կենտրոնում էլեկտրական ավիացիայի վերաբերյալ բոլոր աշխատանքները ինտեգրելու խնդիրը հանձնարարված է Սերգեյ Գալպերինին, որին մենք արդեն մեջբերել ենք հոդվածի սկզբում։

Մարտկոցով սնուցվող թռիչք

«Ավիացիայի մեջ էլեկտրաշարժիչներին անցնելը շատ հետաքրքիր հեռանկարներ է բացում», - ասում է Սերգեյ Հալպերինը, «բայց հիմք չկա ակնկալելու առևտրային էլեկտրական ինքնաթիռի ստեղծման վրա, որը արժանապատիվ միջակայք ունի ռուսական պայմանների համար զուտ քիմիական էներգիայի աղբյուրների վրա (մարտկոցներ կամ վառելիքի բջիջներ) մոտ ապագայում. էներգետիկ ներուժը չափազանց շատ է տարբերվում մեկ կիլոգրամ կերոսինի և մեկ կիլոգրամ մարտկոցի վրա: Հիբրիդային դիզայնը կարող է ողջամիտ փոխզիջում լինել: Պետք է հասկանալ, որ գազատուրբինային շարժիչը, որն ուղղակիորեն ստեղծում է մղում, և գազատուրբինային շարժիչը, որը շարժման մեջ կդնի գեներատորի լիսեռը, ամենևին էլ նույնը չեն:

Բանն այն է, որ թռիչքի ընթացքում օդանավի էներգիայի պահանջները զգալիորեն փոխվում են։ Թռիչքի ժամանակ օդանավի շարժիչը հզորություն է զարգացնում իր առավելագույնին մոտ, իսկ նավարկության ժամանակ (այսինքն՝ թռիչքի մեծ մասում) օդանավի էներգիայի սպառումը կրճատվում է 5-6 անգամ։

Այսպիսով, ավանդական էլեկտրակայանը պետք է կարողանա աշխատել ռեժիմների լայն տեսականիով (տնտեսական տեսակետից ոչ միշտ օպտիմալ) և արագ անցնել մեկից մյուսին: Հիբրիդային տեղակայման դեպքում գազատուրբինային շարժիչից նման ոչինչ չի պահանջվում: Այն նման կլինի էլեկտրակայանների գազատուրբիններին, որոնք միշտ աշխատում են նույն, տնտեսապես ամենաշահավետ ռեժիմով։ Տարիներ շարունակ անդադար աշխատում են»։

Ce-liner

Գեներատորի օգնությամբ GTE-ն կկարողանա էներգիա արտադրել էլեկտրաշարժիչների անմիջական սնուցման, ինչպես նաև մարտկոցներում ռեզերվ ստեղծելու համար։ Հենց թռիչքի ժամանակ անհրաժեշտ կլինի մարտկոցի օգնությունը:

Բայց քանի որ թռիչքի ռեժիմում էլեկտրական շարժիչների շահագործումը կտևի ընդամենը մի քանի րոպե, էներգիայի պաշարը չպետք է շատ մեծ լինի, և նավի վրա գտնվող մարտկոցները կարող են լինել բավականին ընդունելի չափերով և քաշով: Միևնույն ժամանակ, գազատուրբինային շարժիչը չի ունենա թռիչքի ռեժիմ. նրա գործը անաղմուկ էլեկտրաէներգիա արտադրելն է։

Այսպիսով, ի տարբերություն ինքնաթիռի շարժիչի, հիբրիդային էլեկտրական ինքնաթիռի գազատուրբինային շարժիչը կլինի ավելի քիչ հզոր, ավելի հուսալի և էկոլոգիապես մաքուր, դիզայնով ավելի պարզ, ինչը նշանակում է ավելի էժան և, վերջապես, կունենա ավելի մեծ ռեսուրս:

Թևի վրա փչելը

Միևնույն ժամանակ, էլեկտրաշարժիչներին անցումը բացում է ապագայի քաղաքացիական ինքնաթիռների նախագծման հիմնարար նորարարությունների հեռանկարներ։ Ամենաշատ քննարկվող թեմաներից է բաշխված էլեկտրակայանների ստեղծումը։

Այսօր դասական երեսպատման դասավորությունը ենթադրում է մղման կիրառման երկու կետ, այսինքն՝ երկու, հազվադեպ՝ չորս հզոր շարժիչներ, որոնք կախված են թևի տակ գտնվող հենասյուներից: Էլեկտրական ինքնաթիռներում դիտարկվում է մեծ թվով էլեկտրական շարժիչների դասավորությունը թևի երկայնքով, ինչպես նաև դրա ծայրերում։ Ինչու է սա անհրաժեշտ:

Հարցը կրկին թռիչքի և նավարկության ռեժիմների տարբերության մեջ է: Միջադեպի հոսքի ցածր արագությամբ թռիչքի ժամանակ ինքնաթիռին անհրաժեշտ է թևերի մեծ տարածք՝ վերելակ ստեղծելու համար: Կռուիզային արագությամբ լայն թեւը խանգարում է ճանապարհին՝ ստեղծելով ավելորդ վերելք:

Խնդիրը լուծված է բարդ մեխանիզացիայի շնորհիվ՝ հետ քաշվող փեղկեր և սլատներ։ Փոքր օդանավերը, թռչելով փոքր օդանավակայաններից և դրա համար ունենալով մեծ թևեր, ստիպված են նավարկություն կատարել հարձակման ոչ օպտիմալ անկյան տակ, ինչը հանգեցնում է վառելիքի լրացուցիչ սպառման:

Բայց եթե թռիչքի ժամանակ շատ էլեկտրական շարժիչներ, որոնք կապված են պտուտակների հետ, լրացուցիչ փչում են թևը, ապա այն չպետք է չափազանց լայն լինի:Ինքնաթիռը կբարձրանա կարճ թռիչքով, իսկ նավարկության հատվածում նեղ թեւը խնդիրներ չի ստեղծի։ Մեքենան առաջ կքաշվի շարժիչ շարժիչներով շարժվող պտուտակներով, իսկ թևի երկայնքով պտուտակներն այս փուլում կծալվեն կամ հետ կքաշվեն մինչև վայրէջք կատարելը:

Օրինակ է ՆԱՍԱ-ի X-57 Maxwell նախագիծը: Կոնցեպտի ցուցադրիչը հագեցած է 14 էլեկտրական շարժիչներով, որոնք տեղակայված են թևի երկայնքով և թևերի ծայրերին: Դրանք բոլորն աշխատում են միայն թռիչքի և վայրէջքի ժամանակ։ Կռուիզինգի հատվածում ներգրավված են միայն թևի ծայրի շարժիչները:

Շարժիչների նման տեղադրումը թույլ է տալիս նվազեցնել այդ վայրերում առաջացող պտույտների բացասական ազդեցությունը: Մյուս կողմից, էլեկտրակայանը բարդ է ստացվում, ինչը նշանակում է, որ դրա սպասարկումն ավելի թանկ է, խափանումների հավանականությունը նույնպես մեծ է։ Ընդհանրապես, գիտնականներն ու դիզայներները մտածելու բան ունեն։

X-57 Մաքսվել

Կօգնի հեղուկ ազոտին

«Էլեկտրական ինքնաթիռը շատ հնարավորություններ է տալիս օպտիմալացման համար», - ասում է Սերգեյ Հալպերինը: - Դուք կարող եք փորձարկել, օրինակ, քաշող և հրող պտուտակների համակցությամբ: Էլեկտրական շարժիչները շատ ավելի ձեռնտու են կոնվերտիպլաններում գազատուրբինային շարժիչների համեմատ, քանի որ էլեկտրական շարժիչի անվտանգ պտույտը հորիզոնական դիրքի չի ներկայացնում այնպիսի բարդ ինժեներական խնդիր, ինչպիսին ավանդական շարժիչների դեպքում է:

Էլեկտրական ինքնաթիռում դուք կարող եք ապահովել բոլոր համակարգերի ամբողջական ինտեգրումը, ստեղծել նոր կառավարման համակարգ: Նույնիսկ հիբրիդային մեքենաները կարտադրեն ավելի քիչ աղմուկ և արտանետումներ»:

Ինչպես մարտկոցները, այնպես էլ էլեկտրական շարժիչները մեծանում են զանգվածով, ծավալով և ջերմության ցրումով, քանի որ հզորությունը մեծանում է: Դրանք ավելի հզոր և թեթևացնելու համար նոր տեխնոլոգիաներ են պահանջվում։

Հիբրիդային շարժիչ համակարգերի հայրենական մշակողների համար իսկական բեկում էր ռուսական SuperOx ընկերության հետ համագործակցությունը՝ աշխարհում բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդականության (HTSC) հատկություններով նյութերի հինգ խոշորագույն մատակարարներից մեկը: Այժմ SuperOx-ը էլեկտրական շարժիչներ է մշակում գերհաղորդիչ նյութերից (հեղուկ ազոտով սառեցված) պատրաստված ստատորով։

Լավ ավիացիոն բնութագրերով այս շարժիչները հիբրիդային էլեկտրակայանի հիմքը կստեղծեն տարածաշրջանային ինքնաթիռի համար, որը կարող է երկինք բարձրանալ հաջորդ տասնամյակի կեսերին: Այս տարի MAKS ավիացուցահանդեսին CIAM-ի մասնագետները ներկայացրել են 10 կՎտ հզորությամբ նման ինստալացիայի ցուցադրիչ։ Նախատեսվող ինքնաթիռը կհամալրվի հիբրիդային էլեկտրակայանով՝ յուրաքանչյուրը 500 կՎտ հզորությամբ երկու շարժիչով։

«Նախքան հիբրիդային էլեկտրական ինքնաթիռի մասին խոսելը,- ասում է Հալպերինը,- անհրաժեշտ է փորձարկել մեր տեղադրումը գետնին, այնուհետև թռչող լաբորատորիայում: Հուսով ենք, որ դա կլինի Յակ-40-ը: Ռադարի փոխարեն կարող ենք մեքենայի քթի մեջ դնել 500 կիլովատ հզորությամբ HTSC էլեկտրական շարժիչ։

Կենտրոնական շարժիչի փոխարեն պոչում կտեղադրենք տուրբոգեներատոր։ Մնացած երկու Yak շարժիչները բավական կլինեն փորձարկելու մեր մտահղացումը բարձրությունների լայն տիրույթում (մինչև 8000 մ) և արագությունների (մինչև 500 կմ/ժամ): Եվ նույնիսկ եթե հիբրիդային տեղադրումը ձախողվի, ինքնաթիռը կարող է ապահով կերպով ավարտել թռիչքը և վայրէջք կատարել»: Ցուցադրական լաբորատորիան կհամալրվի ծրագրով 2019թ. Փորձարկման ցիկլը նախապես նախատեսված է 2020 թվականին:

Խելացի երկինք

Էլեկտրական և հիբրիդային շարժիչը զգալի տեղ է զբաղեցնում աշխարհի խոշորագույն ինքնաթիռներ արտադրողների պլաններում։ Ահա թե ինչպես են այս դարի կեսերի մարդատար ավիացիայի հիմնական առանձնահատկությունները AIRBUS ընկերության Smarter Skies ծրագրի համաձայն։

«Կանաչ» թռիչք

Ապագայի ինքնաթիռը նախագծվելու է մթնոլորտում ածխաջրածինների հետքը նվազագույնի հասցնելու համար: Հանրաճանաչություն ձեռք կբերեն ջրածնային գազային տուրբինային շարժիչները, հիբրիդները և մարտկոցներով աշխատող ամբողջովին էլեկտրական ինքնաթիռները:

Ենթադրվում է, որ մարտկոցները կվերալիցքավորվեն էկոլոգիապես մաքուր էլեկտրաէներգիայի աղբյուրներից։ Օդանավակայանների տարածքում հնարավոր է մեծ հողմակայանների կամ արևային էլեկտրակայանների ի հայտ գալ։

Ազատություն երկնքում

Խելացի երթուղիները ինքնուրույն կգծագրեն երթուղիները՝ հիմնվելով շրջակա միջավայրի բարեկեցության և վառելիքի արդյունավետության պարամետրերի վրա՝ եղանակի և մթնոլորտային տվյալների վերլուծության հիման վրա: Նրանք նաև կկարողանան հավաքվել թռչունների երամների նման գոյացություններում, ինչը կնվազեցնի կազմավորման առանձին ինքնաթիռների դիմադրությունը և կնվազեցնի թռիչքի համար էներգիայի սպառումը:

Ավելի շուտ գետնից

Շարժիչի նոր համակարգերը և օդանավերի աերոդինամիկան թույլ կտան նրանց օդ բարձրանալ հնարավորինս կտրուկ հետագծի երկայնքով, որպեսզի նվազեցնեն աղմուկը օդանավակայանի տարածքում և հնարավորինս շուտ հասնեն նավարկության մակարդակին, որտեղ օդանավը ցուցադրի օպտիմալ տնտեսական բնութագրեր:

Վայրէջք առանց շարժիչի

Ապագայի ինքնաթիռները կկարողանան վայրէջք կատարել սահելու ռեժիմով։ Դա թույլ կտա խնայել վառելիքը և կնվազեցնի աղմուկի մակարդակը օդանավակայանի տարածքում: Կնվազի նաև վայրէջքի արագությունը։ Դա կնվազեցնի թռիչքուղիների երկարությունը:

Ոչ արտանետում

Ապագայի օդանավակայանները լիովին կվերացնեն վառելիք այրող ներքին այրման շարժիչների օգտագործումը։ Տաքսիների համար երթևեկությունը կահավորված կլինի էլեկտրական շարժիչի անիվներով։ Որպես այլընտրանք՝ արագընթաց անօդաչու էլեկտրական տրակտորներ, որոնք կկարողանան արագ ինքնաթիռներ հասցնել գոգնոցից թռիչքուղի և հակառակը։