Vid den senaste MAKS-2021-flygmässan presenterade Russian United Engine Corporation (UEC) ett antal lovande utvecklingar i olika riktningar. En av de mest intressanta utställningarna i dess monter var en modell av ett hybridkraftverk (GSU) som utvecklades för implementering inom luftfart. Det förväntas att en sådan GSU kommer att kunna hitta tillämpning i olika flygprojekt och ge hög prestanda.
Lovande riktning
Hybridanläggningar baserade på en gasturbin- eller kolvmotor i kombination med olika elektriska komponenter har ett antal viktiga funktioner och fördelar jämfört med traditionella system. Dessa fördelar kan användas inom olika områden, inkl. inom luftfarten. För närvarande genomförs i flera länder samtidigt utvecklingen av luftfarts -GSU: er med olika sammansättning. Vissa projekt har redan förts till bänk- och fälttester.
I augusti 2020 lanserade ryska UEC ett liknande projekt. JSC UEC-Klimov utsågs till ledande utvecklare. Målet med det nya projektet är att skapa en lovande sekventiell HSS -krets med en kapacitet eller 500 kW. Denna installation kommer att baseras på den senaste VK-650V turboshaftmotorn.
Vid det här laget har de tidiga stadierna av projektet slutförts och installationens allmänna utseende har fastställts. Dessutom gjordes en mock-up som visades på den senaste MAKS-2021-utställningen. Inom en snar framtid kommer det att finnas en demonstrationsmodell för bänkprovning. Under de närmaste åren kommer den att nå sin maximala kapacitet och tillåta övergången till nya etapper.
Enligt UEC bör en demomodell av GSU 2022 visa en effekt på 150 kW och säkerställa verifieringen av de fastställda lösningarna. Sedan kommer det att slutföras och tester planeras för 2023 med uppnått designeffekten på 500 kW. Baserat på resultaten av dessa aktiviteter, under 2024, kommer experimentellt designarbete att börja skapa en fullvärdig GSU för användning på flygplan. Det är planerat att stå klart 2028.
UEC har redan identifierat de lovande GSO: s tillämpningsområden. Detta system kan användas på flygplan för lokala linjer, på lätta multifunktionella helikoptrar och på UAV: er som väger upp till 8 ton. Det kan också användas på olika vertikala startbilar, på lovande "lufttaxi" etc. Ett liknande system för båtar och fartyg kommer att utvecklas på grundval av luftfarts -GSU. Den kommer att utveckla en kapacitet på 200-250 kW.
Mock-up look
Vid MAKS-2021 demonstrerades en mock-up av en GSU i en konfiguration för en UAV av helikoptertyp med fyra rotorer. Enheterna i installationen placerades på ett stativ som simulerade en liknande produkt. Detta tillvägagångssätt för displayen gör det möjligt att bedöma storleken på GSU och funktionerna i dess placering på flygplanet.
En kompakt gasturbingeneratoruppsättning baserad på en befintlig motor med tillräcklig effekt placerades på ett konventionellt flygplan. Ett batteripaket och kraftelektronikenheter installerades bredvid. På "vingarna" placerades fyra elmotorer med rotorer. Alla komponenter i GSU var anslutna med kablar.
Layouten återspeglar det allmänna upplägget och sammansättningen av den lovande GSU: n i förhållande till quadrocoptern. Flygplan av andra scheman och klasser kommer att få installation av en annan komposition och arkitektur. Så det är möjligt att använda ett annat antal elmotorer, olika batterikonfigurationer etc.
Principerna för driften av den nya GSU är ganska enkla. En turboshaftmotor med en generator genererar elektrisk kraft till kraftelektroniken. Den senare ansvarar för att styra de elektriska motorerna som är ansvariga för flygningen, och laddar också batterierna. Driftsätten för installationen från UEC har ännu inte specificerats.
Svårigheter och fördelar
En hybridanläggning baserad på en turboshaftmotor och elektriska komponenter har ett antal distinkta fördelar jämfört med traditionella system. Samtidigt finns det också nackdelar av olika slag. Uppenbarligen kommer det korrekta tillvägagångssättet för själva GSU: s design och valet av flygplan för det att låta dig få maximal avkastning med minimala nackdelar.
Gasturbinsystem innehåller ett antal olika komponenter, varför det skiljer sig från traditionella gasturbinsystem i större komplexitet och kostnad. Dessutom har hybridinstallationen en större total volym och massa, vilket innebär restriktioner för utvecklingen av flygplanet. Samtidigt behöver GSU -enheter inte en stel mekanisk förbindelse med varandra, och de kan placeras mellan de tillgängliga volymerna, vilket förenklar planeringen av flygplanet.
Hybridanläggningar kan visa hög bränsleeffektivitet. För att göra detta måste turboshaftmotorn arbeta med optimala lägen som ger minimal bränsleförbrukning, och styrsystemen har i uppgift att korrekt fördela el mellan motorerna och batterierna i enlighet med det aktuella flygläget. Samtidigt förbättras också andra egenskaper: resursen växer och skadliga utsläpp minskar.
Enhetens flygning med GSU utförs av elmotorer som styrs av elektronik. Detta låter dig mer effektivt upprätthålla det erforderliga driftsläget, samt snabbt ändra det med hänsyn till förändrade förhållanden. I synnerhet kommer det att säkerställa en snabb frigöring till maximal effekt.
Beroende på sammansättning och hanteringsprinciper kan GSU teoretiskt fungera i flera lägen, inkl. utan användning av turboaxelmotor - bara på grund av batterier. Detta läge kommer att öka tillförlitligheten och säkerheten: om huvudmotorn och generatorn skulle gå sönder kommer flygplanet att kunna fortsätta sin flygning.
Planer för framtiden
Tack vare en eller annan fördel kan hybridkraftverk av olika arkitekturer hitta en plats inom luftfarten och driva ut traditionella system. GSO är av intresse i samband med vidareutvecklingen av bemannade och obemannade flygplan och helikoptrar. Även om man inte kan förvänta sig att de inom rimlig tid helt kommer att kunna förskjuta andra alternativ för kraftverk.
GSO: s potential lockar naturligtvis utvecklare och kunder från olika länder, och sedan förra året har den ryska industrin varit nära engagerad i detta ämne. De första arbetena har redan utförts, allmänna principer för lovande projekt har bildats och framtida tillämpningsområden har identifierats. Dessutom visas en modell av den framtida produkten och händelser för kommande år tillkännages.
Utvecklingsarbete på ett 500 kW kraftverk baserat på VK-650V-motorn kommer att äga rum 2024-28. Således, redan i mitten av decenniet eller i början av andra halvan av det, kan man förvänta sig att de första fullvärdiga flygplansprojekten kommer att visas för den inhemska luftfarten GSU. Projekt för införandet av dess marinmodifiering måste också visas.
Det är inte känt vad flygplan och båtar med ett hybridkraftverk kommer att vara. Det är dock klart att denna riktning har stor potential och gör att du kan få mycket intressanta möjligheter. Det bör utvecklas med sikte på praktisk tillämpning. Detta är vad UEC har gjort sedan förra året - och det är redan redo att visa de första resultaten.
