Создание летательных аппаратов с гибридной и полностью электрической силовой установкой - одна из главных тенденций прошлого и нынешнего десятилетий в мировой авиации. Пока Россия не может похвастаться наличием сертифицированных "электролетов" - мы находимся на стадии "долго запрягаем". Но благодаря системному подходу, при котором отечественные научные организации и бизнес тщательно отрабатывают все составляющие грядущего технологического прорыва, у нас есть все шансы вскоре догнать и перегнать конкурентов. Экспозиция ЦИАМ на МАКС-2021 станет ярким тому подтверждением.

В ожидании технологической революции

Появление самолетов и вертолетов, не выбрасывающих в атмосферу вредные вещества, а, кроме того, взлетающих без привычного рева двигателей, было бы с восторгом встречено жителями территорий, примыкающих к аэропортам. А если учесть, что развитие транспортной инфраструктуры мегаполисов требует освоения третьего измерения, то проблемы минимизации негативного влияния авиации на окружающую среду становятся актуальными для миллиардов жителей планеты. Электрические двигатели, конструктивно более простые, нежели газотурбинные, обещают быть надежнее и дешевле в эксплуатации. При таком наборе достоинств у неискушенного читателя возникнет только один вопрос: а почему мы до сих пор летаем, сжигая керосин и авиационный бензин?

Длительное время проблема упиралась в несовершенство аккумуляторных батарей: они были очень тяжелыми, боялись морозов и при этом имели емкость, достаточную разве что для коротких подлетов. Современные литий-ионные батареи позволяют иметь на борту запас энергии для более длительного полета. Беспилотные летательные аппараты с полностью электрической силовой установкой уже могут держаться в воздухе часами. Идут работы и над пилотируемыми машинами, способными, кроме собственной конструкции, поднять в воздух и внушительную полезную нагрузку. Например, в 2019 году стартап Eviation представил проект Alice. Трехдвигательный самолет должен перевозить девять пассажиров со скоростью более 440 км/час на внушительные 1000 км. Правда, первые коммерческие полеты этой машины еще впереди. Реально же достигнутые показатели несколько скромнее. Первый в мире сертифицированный электросамолет Velis Electro, созданный компанией Pipistrel, предназначен для учебных полетов. Ученик и инструктор могут 45 минут отрабатывать пилотирование, после чего нужна двухчасовая зарядка аккумуляторов. Впрочем, за эти минуты самолет может преодолеть более 120 километров. Сравните это с успехами первых аэропланов...

Электрический полет: от МАКС-2019 к МАКС-2021

Мы это уже проходили на заре реактивной эры, когда первые самолеты с турбореактивными двигателями строились с оглядкой на поршневые машины. Так и теперь, многие авиастроители идут по простому пути установки электрической составляющей - двигателя, аккумуляторов, инверторов и системы управления - вместо традиционной силовой установки. В России такой подход используют лишь для отработки отдельных агрегатов электрической системы: тягового двигателя, генератора, системы управления и других элементов. Новинкой МАКС-2021 станет летающая лаборатория, созданная на базе регионального самолета Як-40. От своих собратьев он отличается смонтированным в носовой части электродвигателем мощностью 500 кВт разработки компании "СуперОкс". Уникальность двигателя в том, что он использует эффект высокотемпературной сверхпроводимости, что позволяет достичь рекордно высокого КПД в 98%. Энергию для привода электромотора будет давать связка турбовального двигателя ТВ2-117, который будет смонтирован вместо одного из штатных моторов Як-40ЛЛ, и специально разработанного высокоэффективного генератора мощностью 400 кВт. Также в центральной части фюзеляжа были установлены литий-ионные аккумуляторные батареи.

На МАКС-2019 основные элементы будущей конструкции были представлены в виде макетов и моделей, в то время как на МАКС-2021 мы увидим летающую лабораторию со всеми установленными агрегатами. За неполные два года ученые отработали на наземных стендах ключевые узлы: электродвигатель, систему охлаждения, систему управления, генератор, затем смонтировали их на самолете и провели наземную отработку совместной работы. Как ожидается, летный этап испытаний начнется уже в нынешнем году, а результатом работы, которая завершится в 2022 году, должно стать подтверждение правильности конструктивных подходов к созданию гибридных силовых установок и оценка эффективности применяемых технических решений.

Следующим этапом развития гибридных технологий должно стать использование водородного топлива. В ходе НИР "Силуэт", предлагаемой научным сообществом, будет создан демонстратор гибридной силовой установки, использующей водород. Летающая лаборатория получит криогенную систему хранения водорода, турбовальный двигатель, переведенный на водородное топливо, топливный элемент и, конечно, электродвигатель, использующий принцип высокотемпературной сверхпроводимости. Впрочем, это задел на среднесрочную перспективу - на салоны МАКС 2023 и 2025 годов. А затем мы увидим и совершенно новый "электролет", имеющий оптимальные аэродинамическую схему и компоновочные решения, продиктованные использованием силовой установки нового типа.

Такой увидели летающую лабораторию участники и гости МАКС-2019, посетившие стенд ЦИАМ в рамках коллективной экспозиции НИЦ "Институт имени Н.Е. Жуковского".

А такой она предстала перед высокими гостями во время выкатки в феврале 2021 года. Тем временем авторы проекта готовят сюрприз - специальную ливрею, в которую Як-40 покрасят перед показом на МАКС-2021.

Масштабный кризис в мировой авиационной отрасли, спровоцированный пандемией коронавирусной инфекции, спутал все карты. Компании, которые ранее лидировали по объему поставок авиатехники и получали колоссальную прибыль, теперь фиксируют рекордные убытки. На этом фоне шансы новичков возрастают. Главное - сделать ставки на новейшие технологии и подготовить кадры нового поколения. Одним из ключевых разделов МАКС-2021 станет Future Hub, где будет представлен взгляд в будущее. Электрификация авиации - не единственное перспективное направление. Приглашаем познакомиться с другими решениями, которые изменят наши представления о полете!...