CC BY
147
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
УДК 669.713. 004 = 20
Н. В. Никитевич Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Красноярск
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ С ЭЛЕКТРОСИЛОВОЙ УСТАНОВКОЙ
Рассмотрены возможные пути использования альтернативных видов топлива и явления сверхпроводимости для аккумулирования энергии, чтобы полностью перейти на электродвигатели.
Гражданская авиация является важным компонентом глобальной экономики. Стоимость авиационного топлива непосредственно определяется преобладающей мировой ценой на нефть. На его долю приходится основная доля расходов работы авиалиний. Авиакомпании теперь добавляют топливный сбор в стоимость билета коммерческих рейсов, чтобы компенсировать стремительный рост затрат на топливо. Ожидается, что мировые цены на нефть останутся высокими в течение нескольких лет. Перспектива сохранения высоких цен на авиационное топливо может стимулировать авиакомпании к поиску альтернативных видов авиационного топлива. Поиск альтернативного топлива мог бы стать первостепенной задачей для авиационной отрасли, если на самом деле случится острый дефицит нефтепродуктов. Коммерческой авиации, скорее всего, придётся конкурировать за топливо и энергию на рынке нехватки и роста цен на топливо. Электрический самолет является одной из самых практичных альтернатив, если рассматривать ближайшие перспективы авиации.
Электрический самолет - это воздушное судно, которое приводится в движение преимущественно электродвигателем, а не двигателем внутреннего сгорания; источником электричества могут являться топливные элементы, солнечные батареи, мощные конденсаторы, лучевые источники, или батареи. В настоящее время полеты самолетов с электродвигателями в основном являются экспериментальными и демонстрационными, как для пилотируемых, так и беспилотных летательных аппаратов. Модели самолетов на электропитании в основном испытываются с 70-х годов, хотя были несколько более ранние попытки. Беспилотный самолет Восход Астро, весом 27 фунтов (12 кг), проделал первый в мире полет на солнечной энергии с военного аэродрома в США 4 ноября 1974 года. Первый в мире официальный полет самолета на солнечной энергии с человеком на борту состоялся 29 апреля 1979 года. Мауро Солар Райзер был построен Ларри Мауро на основе дельтаплана типа биплан. Для производства тяги использовались фотоэлектрические элементы, мощностью 350 Вт с напряжением 30 вольт, которые питали аккумулятор от вертолёта, который в свою очередь приводил в действие электродвигатель. Самолет был способен обеспечивать мощностью двигатель от 3 до 5 минут после 1,5-часовой зарядки, что позволяло судну достигать высоты перехода в режим планирования.
С тех времен и до сих пор большое количество экспериментальных концепций самолета с электрическим приводом были разработаны и испытаны, и сот-
ни моделей запускались в полёт - практически все существующие авиационные конструкторские бюро пытались определенным образом соответствовать требованиям будущего авиации. В январе 2008 года корпорация Электрик Аиркрафт представила свой новый Электрафлайер-С на шоу лёгких спортивный самолетов. Этот самолет был переоборудован из стандартного планера и оснащен 18-сильным электродвигателем, регенеративной системой контроллеров с функцией торможения и двумя полимерно -литиевыми аккумуляторными батареями. Двигатель весил 29 фунтов, аккумуляторы - 78 фунтов вместе. Самолет имеет скорость набора высоты в 500 футов / мин, крейсерскую скорость 70 миль / ч и длительность полёта 90 минут. Он способен заряжается от 110-вольтового источника за шесть часов или от источника 220 вольт в течение двух часов.
Инженеры на протяжении всей истории авиации сталкивались с двумя препятствиями при проектировании электрических самолетов. Батареи, которые питают электродвигатели слишком тяжелы и не достаточно энергоэффективны, чтобы обеспечить достаточную мощность. Но в последние несколько лет электрические автомобильные аккумуляторы и двигатели стали легкими, мощными и достаточно эффективными, чтобы сделать реальным полёт на электрической, или, по крайней мере, на гибридной тяге.
Предложенная недавно концепция электрического самолета представляет нетрадиционные весьма радикальные двигательные системы, таких как технология распределения энергии силовой установки . Турбо-электрическая система распределения мощности в этих двигательных механизмах способствует сохранению энергии и делает суда с электрическими двигателями достаточно практичными . Возможно, низкотемпературный жидкий водород и другие альтернативные виды топлива в сочетании с технологией конденсированного сохранения электроэнергии, хотя бы теоретически, смогут накопить достаточно мощности, чтобы полноразмерный коммерческий авиалайнер мог совершить полномасштабный трансокеанский или трансконтинентальный полет. Высокотемпературная сверхпроводимость открывает большие перспективы для использования в технологии конденсированного сохранения электроэнергии. Скрученная катушка из «высокотемпературного» сверхпроводящего материала в настоящее время может быть изготовлена по стоимости, которая могла бы оправдать её применение в двигателе самолёта. Энергия, запасенная с помощью сверхпроводящих технологий может питать электродвигатели, которые приводят в движение та-
Секция «Эксплуатацияи надежность авиационной техники»
кие же винты, которые мы можем видеть на современных турбовентиляторных авиационных двигателях.
Электрический самолет может быть значительно дешевле в эксплуатации, чем обычные самолеты. За 200-мильный полёт на электрической тяге одномоторный личный самолет будет потреблять электроэнергии на сумму $ 20 по сравнению с примерно $ 80 стоимости бензина авиационного класса; электродвигатель имеет только одну движущуюся часть, так что он почти не будет нуждаться в текущем техобслуживании. Такое сокращение расходов, в сочетании с совместным правом собственности на воздушные суда, может сделать персональную авиацию значительно более доступной. Винты типа Коанда могут продвинуть на рынок коммерческие самолеты дозвуковых скоростей, которые используют технологию конденсированного сохранения электроэнергии. Такие винты были изначально разработаны физиком Анри Коан-дой, который применил особый аэродинамический эффект, отклоняющий газовый поток в направлении стенок сопла так, что он будто прилипает к внутренней поверхности. Этот эффект повышает эффективность двигателя и позволяет воздушному судну на электротяге двигаться со скоростью, сопоставимой со скоростью от турбовинтовых двигателей. Самолеты с электрическим питанием, которые используют либо
турбовентиляторы, либо винты с эффектом Коанда, могли бы подниматься в разреженный воздух на большие высоты (до 65 000 футов), чтобы уменьшить потребление энергии (меньшее лобовое сопротивление) для длительных полетов. Более холодный воздух на таких высотах мог бы помочь сверхпроводящим системам накопления энергии функционировать должным образом.
Будущие научные прорывы могут произойти как в нанотехнологиях, так и в сверхпроводимости. Технологии конденсированного хранения энергии вполне вероятны, и могут появиться в недалеком будущем. Коммерческие самолеты на электродвигателях, летающие на дозвуковых скоростях, могут появиться в будущем, независимо от того, будет или нет пик нефтяного кризиса. Основные проблемы, которые могут возникнуть, это что коммерческой авиации будущего (после нефтяного кризиса), вероятно, потребуется огромного количество электроэнергии для зарядки эн сверхпроводящих систем накопления энергии и систем жидкостного охлаждения азотом. Это означает, что будущее самолетов с электрическим приводом в значительной степени зависит от достижений в разработке новых и более эффективных источников энергии.
© Никитевич Н. В., 2013
УДК 669
Н. А. Писарев Научный руководитель - Н. В. Никушкин Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
РАСЧЕТНЫЙ АНАЛИЗ. КОНСТРУКЦИИ И ПРОЧНОСТИ ОСНОВНЫХ АГРЕГАТОВ
И ЭЛЕМЕНТОВ САМОЛЕТА АТЯ-42/72
Представлен расчетный анализ силовой схемы самолета ЛТЯ-72, проведен анализ пригодности к эксплуа-таций ВС в регионе Сибири.
В настоящее время, большое распространение получила малая авиация: от тушения лесных пожаров до освоения Севера, ближнемагистральные и среднема-гистральные летательные аппараты уже который год доказывают свою незаменимость. Но со временем из-за износа и выработки ресурса, старые, проверенные временем машины заменяются новой техникой. Благодаря глобализации, на просторах России также эксплуатируются и зарубежные машины. На смену устаревшим Ан-24, Ан-26 или Ан-140, приходят французские самолеты, семейства АТЯ: ЛТЯ-42 и ЛТЯ-72.
Но завоз новой техники подразумевает постановку новых задач перед эксплуатантами. При проектировке советской и российской авиационной техники, конструкторы и инженеры учитывают специфику местности, в которой будет использоваться самолет или вертолет, а значит, ее запас прочности и надежности позволит выдерживать как морозы, так и зной. В случае же с иностранной техникой, она изготавливается для умеренного климата и, в основном, равнинной мест-
ности, что не всегда и не везде подходит российскому ландшафту и землям к нам прилегающим.
Целью данной работы является проведение анализа и расчета на прочность конструкции самолета ЛТЯ-42/72. Расчет будет проводиться на основании выполненных ранее курсовых проектов по расчету на прочность летательных аппаратов. За прототип силовой схемы взята схема самолета Ан-140. В работе представлен расчет на прочность самолета ЛТЯ-72: приведение основных летно-технических характеристик, нахождение сил и перегрузок, действующих на данный ЛА в полете, расчет на прочность крыла, элементов механизации и фюзеляжа самолета. По итогу работы, будут подведены резу штаты расчетов
АТЯ-72 - это магистральный самолет, предназначенный для выполнения региональных полетов. На самолет устанавливается два турбовинтовыми двигателя. Цифра 72 в названии самолета произошла из-за максимально возможного количества пассажиров на бору.
