Авиадвигатель на сверхпроводниках уже проходит испытания на самолете

Авиадвигатель на сверхпроводниках уже проходит испытания на самолете

Премия правительства России в области науки и техники для молодых ученых в ноябре 2020 года была присуждена за важные результаты, которые достигнуты в инновационном проекте «Контур».

И это тот случай, когда работа с получением награды и признания в профессиональном сообществе не заканчивается, а только набирает обороты, переходя на новый уровень.

В феврале нынешнего года результаты проекта были представлены публике уже в виде натурного образца-демонстратора и поступили на испытания в ФГУП «Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С.А. Чаплыгина (СибНИА, входит в Национальный исследовательский центр „Институт им. Н.Е. Жуковского“).

Речь о гибридной силовой установке, в основе которой электродвигатель мощностью 500 кВт на отечественных высокотемпературных сверхпроводниках второго поколения (ВТСП). Такой двигатель создан в рамках совместного проекта Фонда перспективных исследований и компании „СуперОкс“. А сам проект, как уже сказано, получил символическое название „Контур“.

Минус 196 по Цельсию

Уже на старте, в 2016 году, цель была сформулирована предельно четко: создание электроэнергетических систем на основе принципа сверхпроводимости и разработка технологии производства высокотемпературных сверхпроводников в виде ВТСП-ленты.

В 2018-м пошли дальше — задались целью создать электроэнергетическую систему на основе единой сверхпроводниковой платформы. Как пояснили „РГ“ кураторы проекта в Фонде перспективных исследований, единая платформа — это техническое решение, в котором все электротехнические изделия выполнены на сверхпроводниках и замкнуты в единый криогенный контур.

»Разработка подобного электрооборудования является актуальной научно-технической и конструкционной задачей, — утверждается в отчетах ФПИ. — А созданный в рамках проекта «Контур» научно-технический задел позволяет обеспечить создание безредукторных электромеханических приводов большой мощности, систем электродвижения (СЭД) и электроэнергетических комплексов (ЭЭК) для авиационной и морской техники".

Добавим: существующие в этой сфере разработки и решения имеют в своей основе традиционные медные проводники, которые обладают ограниченной проводимостью, и как следствие ограничивает предельную силу тока на единицу площади сечения проводника. В этой логике и при такой технологии всякая попытка увеличить на выходе мощность установки, ведет к пропорциональному увеличению массы и габаритов электрооборудования. Именно это становиться главным барьером-препятствием на пути создания полностью «электрических» летательных аппаратов и морских СЭД.

А с применением сверхпроводников в виде ВТСП-ленты все кардинально меняется. Эффект сверхпроводимости возможен только в особых материалах, из которых изготовлены обмотки электродвигателя. И достигается он только с помощью азота, охлажденного до температуры 77 градусов по Кельвину или — «всего» минус 196 по Цельсию, что совсем немного для достижения эффекта сверхпроводимости. По этой причине ее и называют высокотемпературной, а порог — точка кипения азота, те самые 77 по Кельвину…

— В результате сопротивление на таких обмотках двигателя нулевое, — пояснил, не вдаваясь в детали, главное ноу-хау этой разработки глава совета директоров компании «СуперОкс» Андрей Вавилов во время испытаний в Новосибирске. И тогда же заключил: это позволяет реализовывать огромные мощности при сравнительно небольших размерах. Что для авиации критически важно, ведь полет — всегда борьба с весом…

С ледокола на самолет

Что показали испытания двигателя-демонстратора, проведенные в СибНИА? Отметим, что их первый этап проводится пока на земле — ограничились выкаткой и пробежкой самолета-лаборатории по взлетной полосе. На этот момент на борту летающей лаборатории установлена гибридная силовая установка: электродвигатель мощностью 500 кВт совмещен в ней с газотурбинным. Первый отвечает за взлет и разгон, второй обеспечивает полет. Вторая часть гибридной установки — газотурбинный турбовальный двигатель с генератором — создана Центральным институтом авиационного моторостроения им. П.И. Баранова (ЦИАМ) совместно с Уфимским государственным авиационным техническим университетом (УГАТУ).

Как сообщалось, Як-40 смог разогнаться до 140 километров в час, но не это главное. «Была подтверждена правильность выбранных электротехнических, прочностных и компоновочных решений, отмечена корректная совместная работа самолетного оборудования и ВТСП-электродвигателя. Исследованы условия электромагнитной совместимости бортового и ВТСП-оборудования, основные режимы работы электродвигателя и его систем: захолаживание, пуск, остановка, работа под нагрузкой».

Это цитата из комиссионного заключения. А вот суждения непосредственных участников проекта и тех, кто следил и продолжает следить за его развитием.

Чтобы такой двигатель пошел в дело, замечает гендиректор ЦИАМ Михаил Гордин, очень много еще нужно узнать и отработать: как ввести в систему аккумуляторы? как использовать электродвигатель? Есть много неопределенностей и вопросов, на которые должна ответить авиационная наука.

По словам директора СибНИИ Владимира Барсука, большие токи, которые возникают в обмотках двигателя на сверхпроводниках, могут создавать разного рода наводки, влиять на авионику самолета и бортовые приборы. Это надо учесть и тщательно исследовать — на земле и, что самое главное, в полете…

Гибрид — это временно

Пока, как уже сказано, самолет-лаборатория Як-40 работает «на гибридной тяге». Если все пойдет по плану, через пару лет намереваются запустить летающую лабораторию на базе Ил-114 — уже исключительно с электрическим двигателем мощностью в 1 мегаватт, что вдвое больше нынешнего.

Генеральный директор ФПИ Андрей Григорьев, не загадывая далеко вперед, в диалоге с «РГ» констатирует то, что уже реально сделано.

— За четыре года, которые прошли с момента запуска проекта «Контур», нашим ученым удалось в четыре раза увеличить токонесущие способности и в восемь раз — критическую силу тока высокотемпературной сверхпроводниковой ленты, которая используется в обмотках двигателя. Это позволило значительно снизить габариты силовой установки и добиться качественно новых результатов.

А Сергей Кравченко, руководитель проекта «Контур» в том же ФПИ, заглянуть вперед не против. В его планах — разработка демонстрационных образцов и технологий для создания полностью электрического самолета и вертолета. Своим мнением на этот счет поделился и генеральный директор НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского» Андрей Дутов. Создание электрического самолета, полагает он, может стать своего рода технологическим драйвером и вывести нашу авиацию, российское авиастроение на передовые позиции.

— Разрабатываемые нашим центром технологии позволят примерно к 2030 году представить полностью электрический самолет — с принципиально иными экономическими и экологическими показателями, в том числе по шумности и выбросам, — заявил собеседник «РГ». — Кроме того, в связи с тем что авиационные требования к технологиям наиболее жесткие, это дает возможность их использования в других отраслях промышленности при создании новой техники.

Источник: rg.ru Бизнес

09:30
61

Распечатать
RSS
Нет комментариев. Ваш будет первым!