03.12.2016
Электросамолет

Электросамолеты скоро массово поднимутся в небо

Рейтинг:  0 / 5

Звезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активна
 

Вскоре в воздух могут подняться непривычные с виду самолеты на электрических и гибридных двигателях. Когда пилот-испытатель Airbus Дидье Естейн в июле совершил перелет через Ла-Манш на двухместном самолетике E-Fan с электродвигателем, европейский аэрокосмический гигант, который его сконструировал, особенно подчеркивал, что полет не стоит рассматривать просто как рекламный трюк.

На самом деле в Airbus так серьезно относятся к теме электродвигателей, что готовы поставить модель E-Fan на поток как тренировочный самолет. Он поступит в продажу до конца 2017 года, а за ним появится четырехместная версия.

О создании гораздо больших пассажирских самолетов с электрическими и гибридными двигателями думают не только в Airbus. Как и в автомобилях, электромотор предлагает целый ряд преимуществ по сравнению с поршневым или реактивным. Современные электрические двигатели с цифровым управлением имеют большой крутящий момент — вращательную силу, которая одинаково успешно приводит в движение пропеллеры, лопасти и колеса. Кроме того, электрическая энергия бесшумная, чистая и очень надежная, и в электродвигателях изнашивается или ломается меньше деталей. Правда, батареи не обеспечивают обычной желаемой дальности полета: E-Fan пролетает на литиево-ионных около часа с 30-минутным запасом. Этого может хватить для практического занятия, но не для пассажирского авиалайнера. Однако батареи постоянно совершенствуются, а что самолеты имеют долгий срок эксплуатации (Boeing 747 впервые поднялся в воздух в 1969 году), то инженеры работают над проектами, устремленными далеко в будущее.

Особенно их привлекает в электрических двигателях то, что последние дают возможность создать самолеты радикально отличного типа, как концепт Аэробуса E-Thrust. Замысел заключается в том, что вместо подвешивания больших и тяжелых реактивных двигателей под крылом, в других частях самолета можно установить более малогабаритных и легкие лопасти или пропеллері с электрическим приводом.

Сделать такое с использованием значительного количества небольших обычных двигателей было бы сложно, и это привело бы к увеличению веса. Но электрические двигатели дают реальную возможность воплотить этот концепт, названный «распределенная электрическая тяга» (distributed electric propulsion, DEP), в жизни. Преимущество распределения мощности состоит в том, что за счет нее можно увеличить поток воздуха над крыльями и таким образом обеспечить большую экономичность во время полета. «DEP обеспечивает фундаментальные сдвиги в проектировании самолетов», — говорит Марк Мор, главный разработчик электрических аэропланов в исследовательском центре НАСА в Лэнгли, штат Вирджиния.

На взлетной полосе

НАСА проводит испытания DEP-крыльев, установленных на грузовом автомобиле, который движется с большой скоростью по дну высохшего озера на базе ВВС «Эдвардс» в Калифорнии. На переднем крае крыла смонтировано 18 небольших электрических пропеллеров. Следующий шаг — проект под названием Sceptor («Скипетр»): крыло обычного легкого четырехместного самолета (в этом случае двухмоторного итальянского Tecnam P2006T) заменят DEP-крылом, на котором будет установлено несколько пропеллеров с электрическим приводом. Sceptor начнет летные испытания в 2017 году.

Ряд маленьких пропеллеров на модели Sceptor увеличит подъемную силу самолета при более низких скоростях, что даст ему возможность подниматься в воздух и приземляться на коротких взлетно-посадочных полосах. А еще благодаря этому можно будет сделать крыло более узким (даже до трети ширины крыла обычного самолета) и этим уменьшить вес и сэкономить расходы на топливо. Обычно крыло легкого самолета имеет относительно большую площадь, чтобы предотвратить сваливание (это случается на малых скоростях полета, когда оно не обеспечивает достаточной подъемной силы). Но большие крылья не очень экономичны при крейсерских скоростях, потому что вызывают значительное аэродинамическое сопротивление. Крылья модели Sceptor будут оптимально спроектированы именно для этого случая, но в то же время обеспечивать достаточную подъемную силу, чтобы не допустить сваливания во время взлета или приземления.

Крыло будет способно и на другие «шалости». Скоростью каждого электрического пропеллера можно управлять отдельно, что позволяет изменять конфигурацию потока воздуха по крылу, приспосабливаясь к быстрой смене условий полета, например порывов ветра. Во время полета на крейсерской скорости ближайшие к фюзеляжу пропеллеры можно будет сворачивать, оставляя работу для пропеллеров на конце крыла. Если полетные испытания «Скипетра» пройдут успешно, эту технологию можно будет применить в ближайшие 10 лет для малых самолетов на близких маршрутах, даже при современных батарей. Такие самолеты, как говорит Мор, не заражать воздуха во время полета, будут бесшумными и дадут возможность уменьшить эксплуатационные расходы приблизительно на 30%.

Концепт E-Thrust от Airbus сейчас еще немного дальше от взлетной полосы. Введение в эксплуатацию этого самолета, разработанного совместно с британским производителем реактивных двигателей Rolls-Royce и другими исследовательскими группами, планируется около 2050 года. К тому времени в авиационной отрасли ЕС ожидается уменьшение потребления топлива, выбросов и шумового загрязнения от пассажирских самолетов минимум на 20-30% по сравнению с нынешними новейшими разработками.

Цель E-Thrust — соответствовать таким стандартам и перевозить около 90 пассажиров рейсами продолжительностью от двух часов, имея при этом большой запас заряда батарей. Однако для этого нужен прорыв в технологии накопления электроэнергии, который вполне может произойти в следующие несколько десятилетий. Эта модель также работает по принципу распределенной тяги, но с модификацией, потому что двигатель гибридный.

Традиционный реактивный двигатель расположен в хвосте самолета E-Thrust. Он также имеет три лопасти с электрическим приводом на каждом крыле. Во время взлета этот мотор и все шесть электрических лопастей будут работать и обеспечивать максимальную подъемную силу. Когда самолет выйдет на крейсерскую высоту полета, реактивный двигатель можно будет перевести в режим меньшей мощности, но ее хватает, чтобы одновременно приводить в действие лопасти и подзаряжать батареи. Во время снижения и реактивный двигатель, и лопасти будут выключаться. Во время планирования встречный потоков воздуха будут вращать лопасти, которые будут работать как лопасти ветряного генератора, таким образом заряжать батарею. Во время приземления будут задействованы лопасти, а двигатель работать в холостом режиме, но в готовности обеспечить дополнительную мощность в случае, если снова придется разворачиваться.

Преимуществом такой гибридной системы является то, что она резко повышает степень двоконтурности реактивного двигателя самолета. Это соотношение количества воздуха, который обтекает горячую внутреннюю часть реактивного двигателя, и воздух, который проходит сквозь нее, поставляя кислород в камеру внутреннего сгорания. В первых пассажирских реактивных самолетов двигатели имели низкую степень двоконтурності. Значительную часть тяги обеспечивало быстрое прохождение воздуха, которое выбрасывалось из сопла двигателя. За это они были очень шумные и потребляли больше горючего. На выходе из сопла струя воздуха вращает турбину, которая через вал крутит лопасти пропеллера в передней части мотора, чтобы засасывать еще больше воздуха. Увеличение размера лопастей дало возможность прогонять больший объем воздуха с меньшей скоростью движения (внешний контур) вокруг сердцевины двигателя. При этом возрастает КПД и заметно снижается уровень шума. Это также объясняет, почему следующие модели реактивных двигателей получили округлых форм.

Степень двоконтурності современных реактивных двигателей — в пределах 12:1. Для сравнения: в 1970-х годах он был 5:1, а то и ниже. Но наращивать размер лопастей становится все труднее, потому что они занимают все больше места под крылом. А для более объемных двигателей нужны более крепкие крылья, то есть растет вес самолета. Гибрид, установленный на E-Thrust, аккуратно избегает этих проблем, потому что только реактивный двигатель в хвостовой части имеет сердцевину с камерой внутреннего сгорания. Это означает, что весь воздух, который проходит через шесть пропеллеров с электрическим приводом, помогает достичь «экономического» коэффициента двоконтурності 20:1 или больше. Это сделает самолет чрезвычайно экономичным и бесшумным.

Как по маслу

Еще заметнее увеличить эффективность можно за счет поглощения распределенными двигателями так называемого граничного слоя воздуха, который обтекает верхнюю часть крыла. Он очень тонкий и находится близко к поверхности. Он замедляется за счет силы трения, когда молекулы воздуха касаются поверхности крыла. Предельный слой, проходя над выпуклой верхней частью профиля крыла (которая обеспечивает подъемную силу), может создавать турбулентность — благодаря этому возникает «хвост» за реактивным самолетом. Установленные над крылом E-Thrust для перехвата граничного слоя, электрические пропеллеры могут ускорять его и этим уменьшать аэродинамическое сопротивление от попутного струи.

Чтобы поднять E-Thrust в воздух, нужен технический прогресс в двух сферах. Кроме более совершенных батарей это суперпровідність, то есть исчезновении электрического сопротивления в некоторых материалах в случае охлаждения до критической температуры. Уменьшение сопротивления позволяет конструировать электрические системы и системы двигателей легкие, но достаточно мощные, чтобы приводить в движение самолет. Это уже делается в малых масштабах в оборудовании наподобие медицинских сканеров. Но для самолета потребуется интенсивное охлаждение, которого пока что не обеспечивают существующие коммерческие возможности. Над этой проблемой вместе с Airbus работает группа исследователей из Кембриджского университета.

Как только удастся преодолеть эти барьеры, как количество электрических самолет начнет неуклонно увеличиваться. Сначала они будут небольшими, но с усовершенствованием технологий будут расти и перевозить все больше пассажиров. Некоторые из этих технологий, как надеются в Airbus, помогут заодно сделать экономичнее и тише также обычные реактивные самолеты.

  1. Последние
  2. Популярные
Загрузка...

Новости технологий сегодня

Наш сайт посвящен новостям в сфере высоких технологий, а также инноваций в мире интернета, автопромышленности.

Представлены материалы по развитию технологических компаний и стартапов. Интересным будет информация по настройке и хакингу гаджетов и устройств на Android, Apple iOS и прочее. Покажем как правильно выбирать устройства для покупок.

В процессе наших экспериментов с сайтами по оптимизации и настройке, в рубрике Вебмастер Мы делимся своим опытом в том как создать свой сайт на популярных платформах Joomla, Wordpress, настроить его и оптимизировать.

Самые популярные метки