CC BY
136
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 1
УДК 629.7
САМОЛЕТЫ ГРАЖДАНСКОЙ И ВОЕННОЙ АВИАЦИИ НА ГИБРИДНЫХ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЯХ
Н. С. Писарев Научный руководитель - А. В. Кравченко
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: pnk-sibsau@mail.ru
Современные самолеты используют воздушно-реактивные двигатели, выбросы которых в свою очередь негативно влияют на окружающую среду, кроме того требуют значительных затрат на топливо. Считается, что в настоящее время воздушными судами выбрасывается примерно 3 % диоксида углерода от объёма его общего выброса в результате сжигания ископаемого топлива. Решать эти проблемы нужно внедрением современных технологий двигателестроения, используя как основу, гибридный двигатель, который широко распространяется в автомобильной промышленности.
Ключевые слова: гибридный двигатель, солнечные батареи, экологическая ситуация, экономическая выгода.
PLANES OF CIVIL AND MILITARY AVIATION ON HYBRID ENGINES
N. S. Pisarev Scientific Supervisor - A. V. Kravchenko
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: pnk-sibsau@mail.ru
Modern planes use propulsion jet engines which emissions in turn negatively influence environment, besides demand considerable costs offuel. It is considered that now aircrafts about 3% of carbon dioxide of the volume of his general emission as a result of combustion of fossil fuel are thrown out. It is necessary to solve these problems introduction of modern technologies of engine-building, using as a basis, the hybrid engine which widely extends in automotive industry.
Keywords: hybrid engine, solar panels, ecological situation, economic benefits.
Современная авиация, используя двигатели на углеводородном топливе, так же, как и многие другие виды транспорта, наносит непоправимый вред атмосфере за счет выбросов ядовитых газов.
Ученые ищут различные способы уменьшения вреда экологии от деятельности человека и экономии ресурсов земли. Одним из технических решений этих проблем сегодня становится гибридный двигатель.
Одним из вариантов конструкции можно рассмотреть силовой агрегат, состоящий из классического двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя, объединенных в одно целое. По многим причинам такое решение предпочтительнее одной только электрической тяги.
К положительным характеристикам такого электромотора можно отнести более высокий КПД, отсутствие каких-либо выбросов, большой крутящий момент. Электрический двигатель, в отличие от работающего на нефтепродуктах, не нуждается в постоянной подаче топлива. Он может находиться выключенном состоянии сколь угодно долго, пока на него не будет подано напряжение. При подаче электричества он практически моментально передает винтам авиадвигателя максимальную тягу, позволяя затягивать больше воздуха и увеличивая тем самым подъемную силу [1].
Само слово гибрид означает скрещивание. Работа гибридного двигателя заключается в том, что двигатель внутреннего сгорания вращает генератор и обеспечивает энергией электродвигатель, кото-
Секция « Техническая эксплуатация электросистем и авионики»
рый, в свою очередь, вращает трансмиссию, чем помогает своему «партнёру» работать в оптимальном режиме, создавая добавочное усилие. В результате исключаются резкие колебания и нагрузки, а производительность значительно увеличивается [2].
Существует несколько вариантов:
• Параллельный. Бензиновый двигатель работает от топливного бака, а электродвигатель от аккумуляторов. В результате оба двигателя производят вращение трансмиссии, которая, в свою очередь, приводит в движение винты силовой установки.
• Последовательный. Работа гибридного двигателя заключается в том, что бензиновый приводит в действие генератор, который заряжает аккумуляторы, а они, в свою очередь, дают энергию электродвигателю, вращающему трансмиссию и, как результат, винты силовой установки [3].
Использование такой технологии позволит значительно уменьшить массу летательного аппарата. В качестве примера можно рассмотреть модель Boeing 747 (в данной модели самолета в настоящее время используется турбовентиляторный двигатель Pratt & Whitney JT9D-7A).
Где и каким образом можно использовать такие технологии? Использовать технологию гибридного двигателя на данный момент целесообразнее всего на легкомоторных ЛА. Использование будет происходить в следующем порядке:
1. На взлете будет использоваться обычный топливный двигатель, так как наибольшая тратится во время взлета и посадки.
2. Когда самолет набрал необходимую высоту, основную работу начинает выполнять электромотор. Топливный двигатель в это время может работать с минимальными затратами, подпитывая аккумуляторы электромотора, либо же вообще находиться в отключенном состоянии.
3. Во время совершения посадки пилот заблаговременно возобновляет работу топливного двигателя и совершает посадку.
Можно предложить различные вариации использования данной технологии:
• Самолеты регионального характера могут использовать преимущественно электромотор, так как расстояния, которые он пролетает, - минимальны.
• Самолеты, предназначенные для перевозок на дальние расстояния, могут использовать гибридный двигатель.
Но все это не означает, что использовать гибридный двигатель можно будет только лишь на поршневых двигателях. Учитывая принцип работы реактивных двигателей, использующих топливо в камере сгорания для нагрева воздуха, можно переконструировать силовую установку таким образом, что нагревание воздуха в камере сгорания, происходящее на этапе, когда самолет набрал необходимую высоту, будет происходить благодаря электроприборам, нагревающим воздух. Но, даже несмотря на все прелести подобного двигателя, ему все равно необходимо будет использовать небольшую часть авиационного топлива для того, чтобы гибридный двигатель работал максимально эффективно. В качестве замены стандартного топлива, можно рассматривать криогенное топливо.
Таким образом применение в качестве авиационного - гибридного двигателя, будет способствовать уменьшению вредного влияния деятельности человека на окружающую среду, а затраты авиакомпаний на покупку топлива сократятся в разы. Использование солнечных батарей в качестве источника дополнительного питания увеличит эффективность не без того перспективного проекта, как гибридный двигатель самолета.
Библиографические ссылки
1. Гулиа Н. В. Инерционные аккумуляторы энергии. Воронеж : Изд-во ВГУ, 1973. С. 112-118.
240 с.
2. Белов М. П., Новиков В. А., Рассудов Л. Н. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов. 3-е изд., испр. М. : Академия, 2007. 575 с.
3. Войнаровский П. Д. Электродвигатели // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). СПб., 1890-1907.
© Писарев Н. С., Кравченко А. В., 2016
