CC BY
10ТЕНДЕНЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ АВИАЦИОННОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ Арзамасцева В.А.1, Сагитов Д.И.2
1Арзамасцева Валерия Алексеевна - студент 2Сагитов Дамир Ильдарович - кандидат технических наук, доцент, кафедра системы автоматизированного управления, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации» им. А.А. Новикова,
г. Санкт-Петербург
Аннотация: в статье приведены исследование и анализ современного состояния развития авиационного электрооборудования; рассмотрены отечественные и зарубежные достижения авиапромышленности. Ключевые слова: электрооборудование, электросамолет, энергоэффективность, экологичность.
В настоящее время глобальное внимание мировой общественности сосредоточено на разработке энергетических систем, базирующихся на альтернативных видах энергии. Исследования и наблюдения природных факторов, в первую очередь, повышение средней температуры Земли, изменение траекторий мощных циклонов, увеличение числа других природных катаклизмов (цунами, торнадо, землетрясений) связано с антропогенными факторами, поскольку снабжение энергией основывается главным образом на ископаемых энергоносителях.
Для уменьшения использования ископаемых, в современном мире разрабатывается две концепции: работа самолета на электричестве или на газе (водород или сжиженный природный газ). Разработка самолета на водороде, как, например, Ту-155, не показала никаких успешных результатов, поэтому мировое сообщество переключилось на электрификацию самолетов.
Полная электрификация подразумевает под собой замену не только гидро и пневмосистем на электрические, но и замену силовой установки на электрическую.
Создание электросамолета сталкивается с рядом трудностей, одна из которых - недостаточная энергоемкость литий-ионных аккумуляторов. Их емкость более чем в десять раз меньше, чем у керосина [1, с. 132]. Кроме того, масса самолета не уменьшается в процессе полета, как в случае с обычными самолетами, где по мере выработки топлива уменьшается необходимая подъемная сила, что позволяет летать в более экономных режимах: на больших высотах или с меньшими углами атаки.
Появление в 2000-х гг. массового производства литий-ионных аккумуляторных батарей привело к тому, что во всем мире стали появляться прототипы самолетов, которые проводились в движение электрическими двигателями.
Почти все электрические самолеты на сегодняшний день приводятся в движение электродвигателями, которые в свою очередь приводят в движение винты, создающие тягу [3, c. 24].
В то время как батареи весят больше, чем эквивалент топлива, электродвигатели весят меньше, чем их аналоги с поршневыми двигателями, и в небольших самолетах, используемых для коротких полетов, могут частично компенсировать разницу между плотностью электрической и бензиновой энергии. Электродвигатели также не теряют мощность с высотой, в отличие от двигателей внутреннего сгорания, избегая необходимости сложных и дорогостоящих мер, используемых для предотвращения этого, таких как использование турбокомпрессоров (обобщённое обиходное название любой энергетической машины, функцией которой является использование кинетической энергии отработанных газов двигателя внутреннего сгорания для сжатия воздуха с целью последующего его использования в самом этом двигателе для его работы). [2, с. 74]
К тому же, электрический двигатель создать проще, чем газотурбинный. И сборка такого самолета упрощается по сравнению с тем, что делается с самолетом, на котором установлен двигатель внутреннего сгорания [1, c. 103].
Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что у электродвигателей есть неоспоримые плюсы:
• надежность и простота устройства и использования
• минимальный выброс загрязняющих веществ в окружающую среду - экологичность
• снижение уровня шума
• экономичность
Если проанализировать характеристики воздушных судов разных поколений, то можно заметить, что электронные навигационно-пилотажные комплексы совершенствуются. Рассмотрев разные поколения самолета Boeing 737, а именно B737 Original, B737 Classic, B737 Next Generation и B737 MAX, можно заметить существенные различия в авионике. И это неудивительно, ведь именно её устаревание было одной из главных причин модификации этих самолетов.
Соответственно, развитие концепции ПЭС связано со следующими тенденциями развития авиационного оборудования:
• существенным повышением мощности самолетных систем электроснабжения
• переходом от пневмотурбозапуска авиационных двигателей к электрическому запуску
• существенным увеличением количества электроприводов бортовых потребителей, что приводит к значительному усложнению конфигурации бортовой сети и существенному увеличению массы силовой и информационной проводки. Это вызывает необходимость применения бесконтактной транзисторной аппаратуры постоянного и переменного тока с дистанционным управлением и встроенным контролем, совместимым с микропроцессорной системой управления нагрузками. [1, с. 201]
• существенным увеличением протяженности электропроводящих сетей, что делает актуальным увеличение точности стабилизации напряжения первичных источников напряжения и способствует снижению ее суммарной массы; в настоящее время на больших самолетах протяженность проводов составляет несколько сотен километров, а их масса - несколько тонн [2, с. 155]
• дальнейшим развитием силовой электроники и микроэлектроники, что позволит в будущем отказаться от систем вторичного электроснабжения и при необходимости позволит использовать встроенные в приемник преобразователи электрической энергии
Сейчас в мире существует всего два электрических самолета, прошедшие сертификацию. Один их них является китайским Yuneec International E430, способный разгоняться до 95 миль в час. По заявлениям компании аккумуляторные батареи имеют ожидаемый срок службы 1500 часов, при этом самолет несет 35 аккумуляторных блоков, что обеспечивает от двух до двух с половиной часов автономной работы.
А второй - словенский Velis Electro, который поставил рекорд по самому низкому энергопотреблению (22,76 кВтч / 100 км). К тому же, Velis Electro пока является единственным электрическим самолетом, который выпускается серийно.
Также хотелось бы упомянуть самолет ALIA-250 компании Beta Technologies, который в данное время успешно проходит летные испытания. Самолет уже успел пролететь 3200 км для оценки производительности силовой установки. Он предназначен для зарядки менее чем за час и перевозки шести пассажиров или груза на расстояние до 250 миль.
Самый большой в мире пассажирский самолет Airbus A380 может пролететь 15 000 километров за один рейс и перевезти до 700 пассажиров. По подсчетам преподавателя кафедры прикладной аэродинамики университета Лафборо Дункана Уолкера, тот же самолет сможет преодолеть максимум 1000 км с батареями в качестве источника энергии. [3] Чтобы Airbus A380 пролетел на аккумуляторах свой максимум, ему понадобится комплект батарей весом в 30 раз больше, чем его текущий расход топлива. То есть из-за веса он просто не сможет оторваться от земли.
Обобщая указанные особенности, можно сформулировать основные тенденции развития авиационной электроэнергетики:
• существенное увеличение мощности источников электрической энергии на борту самолета
• появление гибридных и электрических силовых установок
• увеличение количества потребителей электрической энергии, имеющих импульсно-периодический характер потребления
• цифровизация авиационной электротехники
Перспектива развития авиации - максимальная электрификация, вплоть до полной электрификации самолета.
Мировая авиация продолжает искать новые подходы к созданию энергосистемы самолета. Основной целью является отказ от вспомогательной гидравлической и пневматической систем и переход только на электрическую энергию. Это, как уже было сказано, поможет уменьшить взлетную массу, упростить бортовые системы, снизить стоимость эксплуатации и повысить экологичность. В современном мире развитие технологий и науки идет быстрыми темпами, так что, возможно, в скором времени просторы неба будут бороздить огромные электролайнеры.
Список литературы
1. Халютин С.П., Жмуров Б.В., Тюляев М.Л. [и др.]. Системы электроснабжения летательных аппаратов.
М.: ВУНЦ ВВС «ВВА», 2010, 274 с.
2. Лёвин А.В., Мусин С.М., Харитонов С.А., Ковалёв К.Л., Герасин А.А., Халютин С.П. Электрический
самолёт: концепция и технологии. Уфа: УГАТУ, 2014. 388 с.
3. Walker D. Electric planes are here - but they won't solve flying's CO2 problem / D. Walker - URL:
https://theconversation.com/electric-planes-are-here-but-they-wont-solve-flyings-co-problem-125900 (дата
обращения: 01.03.2024).
