La ultimul spectacol aerian MAKS-2021, compania rusă United Engine Corporation (UEC) a prezentat o serie de evoluții promițătoare în direcții diferite. Unul dintre cele mai interesante exponate ale standului său a fost un model de centrală hibridă (GSU) dezvoltat pentru implementarea în aviație. Se așteaptă ca un astfel de GSU să poată găsi aplicații în diferite proiecte de aeronave și să ofere performanțe ridicate.
Direcție promițătoare
Instalațiile hibride bazate pe o turbină cu gaz sau un motor cu piston împreună cu diverse componente electrice au o serie de caracteristici și avantaje importante față de sistemele tradiționale. Aceste avantaje pot fi folosite în diverse domenii, incl. în aviație. În prezent, în mai multe țări simultan, se desfășoară dezvoltarea GSU-urilor de aviație cu compoziție diferită. Unele proiecte au fost deja aduse testelor pe teren și pe bancă.
În august 2020, UEC rus a lansat un proiect similar. JSC UEC-Klimov a fost numit dezvoltatorul principal. Scopul noului proiect este de a crea un circuit HSS secvențial promițător cu o capacitate sau 500 kW. Această instalație se va baza pe cel mai recent motor VK-650V turbosaft.
Până acum, etapele incipiente ale proiectului au fost finalizate și aspectul general al instalației a fost determinat. În plus, a fost făcută o machetă, prezentată la recenta emisiune MAKS-2021. În viitorul apropiat, va exista un model demonstrativ pentru testarea pe bancă. În următorii ani, va atinge capacitatea maximă și va permite trecerea la noi etape.
Potrivit UEC, în 2022, un model demonstrativ al GSU ar trebui să prezinte o putere de 150 kW și să asigure verificarea soluțiilor stabilite. Apoi va fi finalizat, iar testele sunt planificate pentru 2023 cu atingerea puterii de proiectare de 500 kW. Pe baza rezultatelor acestor activități, în 2024, vor începe lucrările de proiectare experimentală pentru a crea un GSU cu drepturi depline pentru utilizarea pe aeronave. Este planificat să fie finalizat în 2028.
UEC a identificat deja domeniile de aplicare a GSO promițătoare. Acest sistem poate fi utilizat pe avioane pentru liniile locale, pe elicoptere ușoare multifuncționale și pe UAV-uri cu greutatea de până la 8 tone. Poate fi utilizat și pe diferite vehicule verticale la decolare, pe „taxiuri aeriene” promițătoare etc. Un sistem similar pentru bărci și nave va fi dezvoltat pe baza GSU de aviație. Va dezvolta o capacitate de 200-250 kW.
Aspect de machetă
La MAKS-2021, o machetă a unui GSU a fost demonstrată într-o configurație pentru un UAV de tip elicopter cu patru rotoare. Unitățile instalației au fost așezate pe un stand simulând un produs similar. Această abordare a afișajului face posibilă evaluarea dimensiunii GSU și a caracteristicilor plasării sale pe aeronavă.
Un grup compact de turbine cu gaz pe baza unui motor existent cu putere suficientă a fost plasat pe un fuzelaj convențional. Lângă acesta au fost instalate un pachet de baterii și unități electronice de putere. Pe „aripi” erau așezate patru motoare electrice cu rotoare. Toate componentele GSU au fost conectate prin cabluri.
Aspectul reflectă schema generală și compoziția GSU promițătoare în raport cu quadrocopterul. Avioanele din alte scheme și clase vor primi instalarea unei compoziții și arhitecturi diferite. Deci, este posibil să utilizați un număr diferit de motoare electrice, configurații diferite ale bateriei etc.
Principiile de funcționare ale noii GSU sunt destul de simple. Un motor cu arbore turbo cu un generator generează putere electrică pentru electronica de putere. Acesta din urmă este responsabil pentru controlul motoarelor electrice responsabile de zbor și, de asemenea, reîncarcă bateriile. Modurile de operare ale instalației de la UEC nu au fost încă specificate.
Dificultăți și avantaje
O instalație hibridă bazată pe un motor cu arbore turbo și componente electrice are o serie de avantaje distincte față de sistemele tradiționale. În același timp, există și dezavantaje de diferite tipuri. Evident, abordarea corectă a proiectării GSU în sine și a selectării aeronavei pentru aceasta vă va permite să obțineți rentabilitatea maximă cu dezavantaje minime.
Sistemele de turbine cu gaz includ o serie de componente diferite, motiv pentru care diferă de sistemele tradiționale de turbine cu gaz, într-o mai mare complexitate și cost. În plus, instalația hibridă are un volum și o masă totală mai mare, ceea ce impune restricții asupra dezvoltării aeronavei purtătoare. În același timp, unitățile GSU nu au nevoie de o conexiune mecanică rigidă între ele și pot fi distanțate între volumele disponibile, ceea ce simplifică aspectul aeronavei.
Plantele hibride pot prezenta un consum ridicat de combustibil. Pentru a face acest lucru, motorul arborelui trebuie să funcționeze în moduri optime care să ofere un consum minim de combustibil, iar sistemelor de control li se încredințează sarcina de a distribui corect electricitatea între motoare și baterii în conformitate cu modul de zbor curent. În același timp, sunt îmbunătățite și alte caracteristici: resursa crește și emisiile nocive sunt reduse.
Zborul dispozitivului cu GSU este efectuat de motoare electrice controlate de electronică. Acest lucru vă permite să mențineți mai eficient modul de operare necesar, precum și să îl schimbați rapid ținând cont de condițiile în schimbare. În special, va asigura o eliberare rapidă la putere maximă.
În funcție de compoziție și principiile de management, GSU este teoretic capabil să funcționeze în mai multe moduri, incl. fără utilizarea unui motor cu arbore turbo - doar datorită bateriilor. Acest mod va crește fiabilitatea și siguranța: în cazul defectării motorului principal și a generatorului, aeronava va putea continua zborul.
Planuri de viitor
Datorită unuia sau altui avantaj, centralele hibride de diferite arhitecturi își pot găsi un loc în aviație și pot împinge sistemele tradiționale. OSG sunt de interes în contextul dezvoltării ulterioare a avioanelor și elicopterelor cu echipaj și fără echipaj. Cu toate acestea, deși nu trebuie să ne așteptăm ca într-un timp rezonabil să poată deplasa complet alte opțiuni pentru centralele electrice.
Potențialul OSG atrage în mod natural dezvoltatorii și clienții din diferite țări, iar de anul trecut industria rusă a fost implicată îndeaproape în acest subiect. Primele lucrări au fost deja realizate, au fost formate principiile generale ale proiectelor promițătoare și au fost identificate domeniile viitoare de aplicare a acestora. În plus, este prezentat un model al viitorului produs și sunt anunțate evenimente pentru anii următori.
Lucrările de dezvoltare a unei centrale electrice de 500 kW bazate pe motorul VK-650V vor avea loc în 2024-28. Astfel, deja la mijlocul deceniului sau la începutul celei de-a doua jumătăți a acestuia, ne putem aștepta la apariția primelor proiecte de avioane complete pentru GSU de aviație internă. Proiectele pentru introducerea modificării sale navale vor trebui, de asemenea, să apară.
Nu se știe care vor fi aeronavele și bărcile cu o centrală hibridă. Cu toate acestea, este clar că această direcție are un mare potențial și vă permite să obțineți oportunități foarte interesante. Ar trebui dezvoltat cu atenție la aplicarea practică. Asta face UEC de anul trecut - și este deja gata să arate primele rezultate.
