ENGПоявления полностью электрического самолета ждут с нетерпением. Оно ознаменует начало эры экологичного (сейчас авиация потребляет 6% мировой нефти), бесшумного, более дешевого авиатранспорта. Россия тоже вступила в гонку разработок в сфере гражданской авиации — на МАКСе-2017 в подмосковном Жуковском были представлены несколько сенсаций.
Кто быстрее: стартапы или Boeing?
Разработать электрический авиалайнер пытаются уже не один десяток лет, но при самых оптимистических прогнозах первый полностью электрический авиалайнер на 180 человек может появиться не ранее 2050 года: слишком много технологических трудностей, которые в одночасье не решить. Над задачей работают Boeing и Rolls-Royce. В 2014 году в гонку включились Airbus: авиапроизводитель представил в Ле Бурже 2-местный тренировочный самолет E-FAN, но позже от концепции отказался и создал партнерство с Siemens для разработок региональных электро- и гибридных самолетов вместимостью до 100 пассажиров. Как заявил в 2016 году гендиректор Airbus Том Эндерс, новый самолет может подняться в небо к 2030 году.
Стартап Wright Electric из Кремниевой долины замахнулся на создание аналога самого массового Boeing-737 на электрической тяге. «Полигоном» для испытаний согласен стать британский лоукостер EasyJet. Разработчики утверждают, что срок реализации проекта зависит от того, как быстро ученые смогут придумать более мощные аккумуляторы, в противном случае летающий аппарат будет гибридным: работающий от батареи электромотор дополняет двигатель внутреннего сгорания. Конкурентные преимущества команде стартапа дает опыт сотрудничества с NASA. Кстати, его инженеры весной 2018 года планируют провести первые испытания электрического самолета Х-57 «Максвелл», создаваемого в рамках инициативы New Aviation Horizons. Самолет с 12 небольшими электропропеллерами (для создания подъемной силы во время взлета и посадки) и двумя большими электромоторами на крыльях (для набора скорости) — первая отрабатываемая концепция.
Также в 2018 году израильский стартап Eviation планирует начать испытательные полеты прототипа 9-местного самолета с электрическим двигателем. Бизнес-джет Alice сможет перевезти 2 членов экипажа и 9 пассажиров на расстояние более 550 км с крейсерской скоростью 520 км/ч на высоте около 3 000 метров. У самолёта 3 двигателя, мощностью 290 квт каждый, они приводят в движение 3 винта, размещенные на концах крыльев и в хвосте фюзеляжа.
Эксперты отмечают, что участие большого числа стартапов в капиталоемкой отрасли авиастроения двигает разработки вперёд существенно быстрее, но сами они смогут быть эффективными только как части глобальных корпораций.
Сенсация в мотогондоле
Разработку «Институтом им. Н.Е. Жуковского» лайнера, который сможет поднять в воздух до 19 человек, на МАКСе-2017 презентовали как проект самого большого электросамолета. В новостных лентах проект упоминался с эпитетами «сенсационный». Сейчас инженеры работают над гибридно-силовой установкой на сверхпроводниках и демонстратором мощностью 500 кВт. Макет установки — фрагмент крыла и мотогондолы самолета с электроприводным винтом — презентовали на МАКСе.
«Представленная нами гибридно-электрическая силовая установка — практический шаг к созданию полностью электрического самолета. Ее особенностью является применение электрического оборудования, использующего эффект высокотемпературной сверхпроводимости», — объяснял принцип действия нового двигателя вице-премьеру Дмитрию Рогозину генеральный директор Центрального института авиационного моторостроения (входит в Институт им. Жуковского) Михаил Гордин.
«Работы по освоению «электрических» технологий для авиации сегодня ведутся во всем мире. В ЦИАМ и институтах, входящих в состав НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского», электрификацию рассматривают как наиболее перспективную технологию в авиастроении. Ключевое место здесь занимает именно силовая установка, — говорит Гордин. — Комплексные теоретические и экспериментальные исследования по созданию гибридной силовой установки проводятся в ЦИАМ уже более 10 лет. За это время мы добились значительных результатов в исследовании различных обликов силовой установки и их оптимизации. Сегодня интересы наших ученых сосредоточены на работе по созданию и испытаниям элементов гибридных силовых установок, топливных элементов с высокими удельными показателями и накопителей энергии».
Как сообщил директор научно-исследовательского центра Андрей Дутов, программа, в которой участвуют ЦИАМ, СибНИА, ЦАГИ, а также ЗАО «СуперОкс», рассчитана на 3 года. За это время будут отработаны технологии, на основе которых можно будет приступать к созданию серийного электрического двигателя для самолета вместимостью 9-19 пассажиров.
Электрификация по частям
«Термин «электрический самолет» — не совсем правильный, — говорит первый заместитель генерального директора НПО «Родина» Леонид Богуславский. — В России в академических кругах устоявшимся термином является «более электрический самолет», поскольку полностью электрического самолета пока ни в России, ни за рубежом не существует. Для этого необходимо отказаться от двигателей внутреннего сгорания и турбин. Другое дело, что многие агрегаты и системы переводятся на электричество, в частности, те, которые двигают самолет по летному полю до момента взлета».
Богуславский напоминает, что на сегодняшний день самолет передвигается за счет своих маршевых двигателей или же специальными автомобилями (буксирами). Сейчас в разработке находятся системы, которые позволят самолетам перемещаться по летному полю с помощью электродвигателей, которые, как правило, встраиваются в мотор колеса. Это существенно снизит расход топлива и улучшит экологическую обстановку в зоне аэропорта. Такие разработки ведутся как в России, так и за рубежом. По словам Леонида Богуславского, внедрение этих систем вполне реально через 5-7 лет. НПО «Родина» разрабатывает для более электрического самолета рулевые приводы, в основе которых будет лежать не гидравлика, а электродвигатель, который позволяет развивать довольно большую мощность при малой массе и малых габаритах. Это дает возможность в перспективе отказаться от гидравлики на борту и перейти полностью на электрическое управление. Таким образом самолет должен стать значительно легче. Если ликвидировать металлические системы: водонапорные станции, трубопроводы, заполненные жидкостью, — это будет большой шаг вперед по развитию техники и технологий.
Летит благодаря редкоземельным магнитам
Презентация разработок «Экспериментальной мастерской «Наукасофт» на московском стенде МАКСа проходила более скромно. Главный инженер проектов, доктор технических наук Альберт Давидов запускает прототип двигателя для электросамолета — силовую установку вентиляторного типа с приводом вентилятора от электрической машины на редкоземельных магнитах. Предполагается, что основным источником энергии на борту полностью электрического самолета будет батарея топливных элементов, работающих на запасённом на борту судна водороде и кислороде, получаемом из окружающего воздуха. Давидов подчеркивает, что при эксплуатации самолета будет решен вопрос с вредными выхлопами: в воздух будут выбрасываться пары воды. В качестве источников энергии на борту самолета также планируется использовать литиевые аккумуляторные батареи и солнечные батареи. Топливные элементы разрабатываются Институтом проблем химической физики РАН.
Четыре силовых установки смогут поднять в воздух 5 пассажиров и до 400 кг груза. Это концепция самолета АВФ-32НС, разрабатываемого в «Наукасофт». Максимальная дальность полета воздушного судна составит до 600 км, скорость — 360 км/ч, для взлета самолету понадобится 300-метровая полоса. В автономном полете АВФ-32НС будет способен провести 5 часов. Сейчас компания ищет партнеров в аэрокосмической отрасли для разработки корпуса самолета, в котором можно было бы установить двигатели, и для проведения тестов.
Горизонт планирования — 20 лет
Переход на электрические самолеты по масштабу изменений, которые он за собой повлечет в части инфраструктуры и перераспределения доходов между авиапроизводителями, вспомогательными организациями и поставщиками топлива, исполнительный директор транспортной компании Traft, эксперт рабочей группы ГД по законодательному регулированию беспилотных транспортных средств Артур Мурадян сравнивает с переходом от винтовых двигателей на реактивные.
«Пока уровень развития технологий в этом направлении позволяет говорить о горизонте планирования только в 15-20 лет, — подчеркивает Артур Мурадян. — И хотя еще осенью этого года немецкий стартап Lilum Jet провел успешный тестовый полет первого в мире электрического самолета вертикального взлета, пока еще не решен вопрос энергоэффективности электрических двигателей при действительно серьезных загрузках: как быстро будут разряжаться и, самое главное, — заряжаться батареи в условиях плотного потока рейсов современных аэропортов».
Это только один пласт проблем; есть и трудности чисто технологического характера — например, с созданием систем хранения электричества.
«Необходимо разрабатывать специальные аккумуляторы большей ёмкости. Конечно, подобные разработки уже существуют, но на самолете ведется борьба за каждый лишний килограмм. Системы должны быть надежными, относительно дешевыми и обладать небольшой массой. Все остальные проблемы носят рабочий характер: необходимо повышать напряжение бортовой сети самолета, поскольку увеличивается мощность тока. Однако для решения данных проблем уже существуют технологии», — считает Леонид Богуславский.
«Для того чтобы электрический самолет смог находиться в воздухе долго и летать на большие расстояния, необходимо обеспечить его легкость и надежное энергоснабжение. Первая задача решается путем использования алюминиевых полуфабрикатов, поскольку углепластиковые композиты зачастую не могут противостоять ударам молний, а алюминиевые компоненты могут — их молнии «обтекают», — считает промышленный эксперт Леонид Хазанов. — Решение второй задачи кроется не только в применении солнечных батарей, устанавливаемых на крыльях самолета, но и алюминий-ионных аккумуляторов, которые способны накапливать электроэнергию в достаточных объемах. Литий-ионные аккумуляторы имеют существенный недостаток — они взрыво- и пожароопасны. К тому же расчетное количество циклов у алюминий-ионных аккумуляторов может быть до 1,5 раз выше, чем у аналогов».
В перспективе каждое из технических решений может легко превратиться в бизнес-идею. Рынку интересны любые разработки, которые повышают экономичность воздушного судна. Но вряд ли электрические самолеты удивят нас своей мощностью и дальностью в ближайшее время.
Автор: Анна Орешкина
