Авиатранспорт будущего
Самолеты с элетродвигателем: плюсы и минусы
Первый вопрос, который может возникнуть при упоминании самолетов на электротяге: зачем они нужны? Назовем некоторые особенности такого транспорта. Например, электросамолеты дешевле – не в производстве, а в использовании. Цена на самолетное топливо – одна из причин такой высокой стоимости авиабилетов. Электричество в этом плане значительно экономнее.
Также принято считать, электросамолеты гораздо экологичнее, ведь у них нет выбросов диоксида углерода. Правда, необходимо помнить о том, что производство и утилизация аккумуляторов новых самолетов – тоже далеко не самый полезный для природы процесс.
Электрическими самолетами легче управлять, им требуется меньше места для старта и посадки, а их двигатель не боится слишком высоких или низких температур. Они производят гораздо меньше шума, что позволит (при условии введения их в массовую эксплуатацию) строить аэропорты ближе к жилым кварталам городов.
Основная причина, почему самолеты на электротяге пока не стали повсеместным явлением, заключается в том, что на одной «заправке» (подзарядке) они способны пролететь гораздо меньшее расстояние, чем модели с традиционными авиационными двигателями. Ученые и инженеры планируют решить эту проблему в ближайшие несколько лет – и уже активно разрабатывают новые электросамолеты.
Як-40ЛЛ
На авиасалоне МАКС-2021 свой первый полет совершил экспериментальный самолет Як-40ЛЛ с электродвигателем. Сам самолет был создан в 1973 году, а через 20 лет работы в гражданской авиации он был передан в СибНИА и стал настоящей летающей лабораторией.
В июле 2021 года модель впервые поднялась в воздух с демонстратором гибридной силовой установки, частью которой является электродвигатель на высокотемпературных сверхпроводниках. Разработали эту силовую установку специалисты Центрального института авиационного моторостроения имени П. И. Баранова (ЦИАМ) по заказу государства.
Электрический двигатель для самолета создала компания «СуперОкс». Его особенность – использование высокотемпературных сверхпроводников, которые позволяют существенно увеличить мощность двигателя, уменьшив его размеры и вес, а при использовании в гибридных установках также снизить расход топлива. Сверхпроводимость обмоток двигателя достигается благодаря системе криогенного охлаждения, работающей на жидком азоте. Фактически сопротивление прохождению электрического тока у него равно нулю, что позволяет достигать очень высоких мощностей. КПД протестированного электродвигателя более 99 %, при этом его размеры и вес меньше, чем у традиционных турбовинтовых моторов. А еще он производит значительно меньше шума.
Як-40ЛЛ с электродвигателем (источник: ЦИАМ)
Применение электродвигателя выгодно и в гибридных установках. По утверждению разработчиков, использование электромотора мощностью 500 кВт позволяет снизить расход топлива примерно до 70%. А это означает не только финансовую выгоду, но и значительное снижение вредных выбросов в атмосферу.
Разработчики надеются, что в ближайшем будущем самолеты с гибридными силовыми установками, а также электросамолеты и вертолеты выйдут в массовое производство.
Сигма-4
Еще один российский проект – полностью электрический двухместный самолет Сигма-4. Он также был представлен на авиасалоне МАКС-2021 и разработан специалистами ЦИАМ в сотрудничестве с компанией «НаукаСофт».
Самолет Сигма-4 изначально выпускался серийно, но не с электромотором, а с поршневым двигателем австрийского производства ROTAX-912ULS.Он рассчитан на одного пилота и одного пассажира, может перевозить до 80 кг груза и применяться в сельскохозяйственной авиации.
Сигма-4 – первый российский пилотируемый электросамолет (источник: ЦИАМ)
Для «новой» жизни самолета на нем установили электрическую силовую установку, основа которой – литий-ионные аккумуляторы и двигатель ДТ-60 НС, который был изготовлен Сарапульским электрогенераторным заводом (АО «СЭГЗ»). Последний весит всего 22 кг, при этом мощность его составляет 60 кВт. Есть второй вариант силовой установки, где энергию для полета самолету дают давать водородные топливные элементы.
Сигма-4 способен развивать скорость до 150 км/ч, а дальность полета с электродвигателем пока составляет около 100 км (примерно 40 минут). Отдельно отметим, что Сигма-4 – первый российский полностью электрический пилотируемый самолет.
VELIS ELECTRO от Pipistrel
VELIS ELECTRO производства словенской фирмы Pipistrel – это небольшой двухместный самолет, предназначенный, в первую очередь, для обучения пилотов по Правилам визуальных полетов. По утверждению разработчиков, управлять самолетом интуитивно просто. Благодаря электродвигателю он издает очень мало шума, за счет чего его можно использовать в городах. А еще VELIS ELECTRO не боится различных погодных условий: холод, жара или дождь не будут для него преградой.
Электросамолет VELIS ELECTRO от Pipistrel (источник: Pipistrel)
Электромотор самолета имеет сертификат Европейского агентства по безопасности полетов (EASA). Это означает, что силовая установка выдерживает тепловые и аварийные нагрузки и может противостоять многим сбоям в работе.
Благодаря электрической «начинке» у самолета меньше деталей, которые изнашиваются за счет трения и движения – за счет этого у него намного ниже стоимость обслуживания, чем у похожих неэлектрических моделей.
ZOOM.CNews удалось взять комментарий у пилота Давида Делибашича, летавшего на самолете VELIS ELECTRO. Мы спросили, каким он видит настоящее и будущее электрической авиатехники.
«Мне нравится идея создания самолетов с электрическими, менее вредными для окружающей среды двигателями. Правда, сейчас назвать их экологичными невозможно, но есть надежда, что в будущем электрическая энергия станет действительно «чистой».
Электродвигатели намного эффективнее бензиновых или дизельных. Но сегодня электрические аккумуляторы имеют относительно низкую плотность энергии – и это основная причина, почему электросамолеты пока невозможно использовать для полетов на дальние расстояния. Одна и та же модель на одной заправке может летать, допустим, восемь часов, а на одной подзарядке аккумуляторов – всего один час. Для продолжения полета недостаточно просто залить в бак топливо, придется ждать довольно продолжительное время, пока батареи будут заряжаться.
Плюсов у электрических самолетов тоже немало: электроэнергия дешевле, двигатель такого самолета меньше подвержен износу, он фактически бесшумный, не боится перегрева или переохлаждения.»
Heaviside (HVSD) от Kitty Hawk
Электрический самолет, названный в честь английского физика и инженера Оливера Хевисайда, прошел первые испытания в 2018 году. Над его разработкой заняты специалисты стартапа Kitty Hawk. План компании – создать самолет, который мог бы стать настоящим личным воздушным транспортом. Пока модель существует в виде прототипа, но разработчики Kitty Hawk надеются, что самолет получит разрешение на коммерческие полеты в США.
Одноместный электросамолет Heaviside (источник: Kitty Hawk)
Одноместный Heaviside имеет размах крыльев шесть метров. Он может взлетать и садиться вертикально, поэтому разработчики утверждают, что самолет способен приземлиться где угодно. Его двигатели производят гораздо меньше шума, чем, например, двигатели вертолета. А на одном заряде он может пролететь около 161 км.
X-57 Maxwell
Электросамолет-прототип X-57 Maxwell назван в честь британского физика Джеймса Максвелла, который работал в самых разных направлениях математики, механики и физики, в том числе электродинамики. На одном заряде модель может преодолеть около 160 км. При этом заряжать самолет можно и на земле, и в полете – для последнего варианта служат солнечные батареи.
Прототип X-57 Maxwell (источник: Aerospace Technology)
При создании модели за основу был взят итальянский двухмоторный самолет Tecnam P2006T. Его крылья имеют уникальную конструкцию: на них расположены четырнадцать пропеллеров, из которых только два рассчитаны на собственно полет, а остальные двенадцать нужны для разгона, взлета и посадки.
Cessna eCaravan 208B
В 2019 году пассажирский американский самолет Cessna 208B Grand Caravan был модифицирован в новую электрифицированную версию eCaravan. Турбовинтовой двигатель Pratt & Whitney PT6A-140 был заменен электрическим мотором magni500, имеющим мощность 560 кВт. Кроме того, самолет был оснащен аккумуляторными батареями, питающими электромотор, и инвертерами, регулирующими частоту его вращения.
Девятиместный электросамолет Cessna eCaravan 208B (источник: AeroTEC)
Первый полет в своем новом качестве самолет совершил 28 мая 2020 года. Во время испытаний он попал во внештатную ситуацию: отключился один из инвертеров, из-за чего самолету пришлось совершить посадку намного раньше, чем было запланировано.
Планировалось использовать этот девятиместный самолет для внутренних рейсов местных авиалиний. На данный момент проект остановлен, но разработчики самого двигателя не намерены завершать исследования, в том числе практические.
Extra 330LE
Самолеты с электродвигателем умеют не только перевозить пассажиров и грузы, но и буксировать планеры. Это доказала модель Extra 330LE с электродвигателем производства немецкой компании Siemens. Сердцем самолета является силовая установка, в которую входят литий-ионные аккумуляторы и весящий около 50 кг электродвигатель Siemens SP260D. Его мощность составляет 260 кВт – это очень высокий показатель.
Электросамолет-буксировщик Extra 330LE (источник: Aerospace Technology)
В 2016 году самолет под управлением владельца фирмы-разработчика установил рекорд по набору высоты. Он смог подняться на высоту 3000 метров за 4 минуты 22 секунды. Также Extra 330LE стал первым электросамолетом, который смог отбуксировать на высоту 600 метров планер LS8-neo.
Alice Eviation
Совсем недавно, 27 сентября этого года, в международном аэропорту в Вашингтоне, США, поднялся в воздух на высоту около одного километра полностью электрический самолет Alice, созданный израильской компанией Eviation Aircraft. Он сумел развить скорость до 275 км/ч и оставаться в воздухе 8 минут.
Самолет был создан для междугородних перелетов: например, для перевозки грузов транспортными компаниями. Кроме того, на его борт могут подняться девять пассажиров. Это первый электрический самолет, способный поднять в воздух так много людей!
Полностью электрический самолет Alice (источник: Eviation Aircraft)
Длина самолета с электродвигателем составляет около 17 м. Основная задача разработчиков на ближайшее будущее – уменьшение веса и увеличение энергоемкости батарей, ведь его аккумуляторы весят около 3,6 тонн. Создатели планируют довести время в полете до двух часов, а дальность полета до 460 км. Начало продаж самолета планируется на 2027 год.
Крупные авиастроительные компании, например, Airbus или Boeing, заинтересованы в создании вместительных пассажирских самолетов с электро- или гибридными двигателями, способных летать на дальние расстояния.
Но не только всемирно известные компании, но и небольшие частные стартапы во всем мире занимаются созданием пассажирских электросамолетов. Если они не остановятся на достигнутых результатах, то самолеты с электрическими моторами вполне имеют шанс стать равноправными хозяевами неба как и их старшие «братья», которые получают энергию в процессе сгорания авиационного топлива.
