Силовая установка для самолета на основе электродвигателей?
Тема: Силовая установка для самолета на основе электродвигателей?
А самолету разве надо на гору Арарат по серпантину подниматься, чтобы взлететь? А КАМАЗу, между прочим, иногда это бывает надо.
Смотрим, какой процент мощности нужен, чтобы потихоньку разогнаться по ровной бетонной дороге с накачанными до 13 атмосфер колесами до 40 кмч, и понимаем, что тапок в пол тут далеко не нужен..
Да уж...новые способы попила они изобретают...
http://www.ato.ru/content/...
hFan: газотурбинный электрогибридный двигатель от General Electric
чт, 26/06/2014 - 10:24 | AVIATION WEEK
Гай НОРРИС, Лос-Анджелес
После достижения крейсерской высоты экипаж самолета Boeing с высокорасположенными крыльями переводит два турбовентиляторных двигателя на режим малого газа. Проверив уровень заряда аккумуляторных батарей, пилоты и вовсе отключают газогенераторы силовых установок — а ведь такие действия совершенно немыслимы на современных авиалайнерах.
На следующих этапах полета экипаж этого футуристического и экологического лайнера будет всецело полагаться на двигатели, приводимые в действие от аккумуляторных батарей, смонтированных в глубине каждой силовой установки. Накопив в батареях энергию в процессе набора высоты, электромоторы будут приводить в движение вентиляторы, тем самым поддерживая постоянную скорость авиалайнера. Через несколько часов, с началом снижения, электродвигатели по-прежнему работают, в то время как турбины запускаются для последующего выполнения посадки. За время этого рейса были сэкономлены тысячи литров топлива практически при полном отсутствии выбросов вредных веществ в атмосферу во время полета на эшелоне. После посадки топливо снова будет сэкономлено, поскольку процесс руления на стоянку будет также осуществляться с помощью электродвигателей.
Такая картина является одной из нескольких потенциальных стратегий будущего развития двигателестроения согласно мнению специалистов компании General Electric, которые работают совместно с инженерами Boeing над концептом газотурбинного электрогибридного двигателя hFan для экологичного авиалайнера Sugar Volt, разрабатываемого Boeing. Проект данного самолета в свою очередь контролируется специалистами Национального аэрокосмического агентства США (NASA) в рамках программы по созданию сверхзвукового самолета. За последние четыре года в рамках программы hFan инженеры GE и Boeing проанализировали целый ряд проектов, которые могли бы обеспечить выполнение поставленных NASA целей: снижение расхода топлива на 60% и сокращение выбросов оксидов азота во время крейсерского полета на 80%. Для достижения таких целей нужны были радикальные и совершенно неожиданные шаги.
К слову, эти цели также включали в себя снижение уровня шума до 71 дБ, сокращение выбросов оксида азота на этапах взлета и посадки с одновременным увеличением тягового и термического КПД.
Но как этого добиться? Конструкция современных самолетов ограничивает максимально возможную степень двухконтурности на уровне 12:1, а степень повышения давления на уровне 40:1 — таким образом, возможностей для существенного увеличения эффективности двигателей практически нет. Один из способов решения этой проблемы — уменьшение размеров газогенератора с одновременным повышением нагрузки на узлы высокого давления, что приводит к совместному увеличению степени двухконтурности и степени повышения давления двигателя. Другой способ — оснащение гражданских самолетов совершенно иными силовыми установками с электромоторами.
Проект hFan по своей сути является третьим вариантом, который комбинирует наилучшие особенности первых двух. В данном случае буква h означает гибридный двигатель, который объединяет в себе небольшой газогенератор с очень высокой степенью повышения давления и вентилятор большого диаметра, который в процессе крейсерского полета приводится в действие за счет электромоторов. "Что касается выбросов вредных веществ, то такой двигатель обеспечивает огромное преимущество, — говорит Джон Кинни, директор подразделения GE по разработке передовых технологий. — Если бы можно было выполнять полет исключительно на электрической энергии, то выбросы вредных веществ были бы еще ниже. Так что для нас это достаточно интересный проект, обеспечивающий экологические новшества".
Работая совместно со специалистами NASA, инженеры GE и Boeing детализировали проект планера Sugar и концепцию двигателя hFan. "Это прекрасный пример организованного партнерства, — подчеркивает Кинни. — Сейчас мы подходим к тому моменту, когда необходимо провести испытания компонентов, которые могли бы использоваться в этих двигателях. Для начала мы хотим добиться определенной конкретики, с тем чтобы в дальнейшем приступить к интеграции систем и средств управления". Он также отметил, что для GE данный проект будет существенным вызовом, учитывая отсутствие у компании опыта по работе с гибридными двигателями.
Прежде чем представить Boeing концепт новой силовой установки, специалисты GE проанализировали множество различных коммерческих турбовентиляторных двигателей, оснащенных большими электромоторами. "Мы начали с мощности 2000 л. с. и постепенно прошли через все возможные версии с мощностью 4000, 6000 и 8000 л. с. Таким образом, инженеры Boeing получили целый ряд силовых установок, которые они могли бы интегрировать в свой самолет, — говорит Курт Мурроу, руководитель отдела передовых проектов. — Как только в Boeing смогли оценить различные размеры двигателей, они сразу же определились с интересующими их областями".
Как говорит Марти Брэдли, старший испытатель подразделения Boeing Research & Technology, одной из таких версий была модель 750, в которой используется аккумуляторная батарея весом 750 кг, а ее электромотор способен выдавать практически постоянную мощность на протяжении всего полета. Таким образом, инженеры GE сфокусировались на небольшой модели с мощностью 1400 л. с.
Определившись с базовыми характеристиками, Boeing и GE обратились к более амбициозным целям. "Вслед за этим мы задались вопросом: а что, если электромотор будет обеспечивать выполнение полета на эшелоне? Иными словами, мы будем использовать традиционный турбовентиляторный двигатель для набора высота, после чего можно будет снизить тягу газогенератора или даже вовсе отключить его", — говорит Мурроу. Для этого требуется более мощный электродвигатель, который обеспечивал бы 100% тяги, необходимой для выполнения крейсерского полета, а также дополнительные батареи. "Такая версия обеспечивает отсутствие выбросов вредных веществ во время крейсерского полета, но приводит к увеличению массы самолета. Однако мы продолжаем работать над обоими вариантами", — говорит Брэдли.
Жизнеспособность гибридных двигателей в конечном счете зависит от эволюции аккумуляторных батарей, которые должны обладать более высокой плотностью хранения энергии по сравнению с современными аккумуляторами. "Если посмотреть на доступные технологии, то мы можем получить удельную энергию около 0,1 кВт.ч на 1 кг веса, но в результате переговоров с Boeing и NASA мы определили, что нам нужна удельная энергия, превышающая это значение в 7 или 8 раз, чтобы достичь необходимой экономии топлива и оправдать вложенные инвестиции", — поясняет Джеффри Хамел, ведущий инженер отдела передовых проектов GE.
Тенденции в сегменте производства аккумуляторных батарей постепенно переходят от никель-водородных батарей со сроком службы 50 тыс. циклов и удельной энергией 0,06–0,08 кВт.ч/кг к литий-ионным батареям с жидким электролитом, удельная энергия которых в три раза выше, — но при этом у них маленький срок службы. В рамках дальнейшего развития литий-ионных батарей ожидается увеличение плотности энергии до 300 кВт.ч на 1 м3 с повышением удельной энергии до 0,2 кВт.ч/кг. В дальнейшем ожидается появление более прогрессивных технологий, таких как литий-полимерные батареи, а также батареи на основе лития с неорганическими твердыми электролитами, удельная энергия которых достигнет уровня 0,6 кВт.ч/кг и выше.
В то же время инженеры GE и Boeing до сих пор не определились, каким образом будут взаимодействовать между собой турбовентиляторный и электрический двигатели, и на каких этапах полета их лучше всего использовать. "До настоящего момента мы говорили, что будем использовать электромотор для снижения удельного расхода топлива, — подчеркивает Мурроу. — Но нам нужно решить, какой из двигателей в конечном счете будет обеспечивать самолет необходимой мощностью. Недавно мы рассматривали возможность увеличения нагрузки на вентилятор; таким образом, нужно будет увеличивать его размеры. А значит, электромотор мог бы повысить общую тягу силовой установки".
Потенциальным следствием такого тандема является сохранение высокой тяги вплоть до окончания набора высоты, тогда как тяга современных двигателей с высокой степенью двухконтурности уменьшается по мере набора высоты. "Применение электромоторов открывает новые перспективы. С увеличением степени использования электроэнергии можно пропорционально снижать нагрузку на газогенератор", — говорит Мурроу. Использование электроэнергии также может обеспечить снижение уровня шума. "Обеспечивая более высокий уровень тяги на взлете, сама процедура занимает меньше времени, к тому же есть определенные акустические преимущества", — добавляет он.
Гибридный двигатель объединяет в себе электромотор, расположенный в задней части силовой установки и связанный с каскадом низкого давления через редуктор. В существующих проектах, в отличие от гибридных автомобилей, таких как Toyota Prius, не предусмотрена передача энергии в обратном направлении от вентилятора для подзарядки батарей в полете. Правда, Мурроу признается, что инженеры заинтересованы этой идеей. "Представьте только: у вас есть аналог крупнейшего генератора низкого давления. И мы действительно рассматриваем такой вариант", — говорит он.
Конечно, опыта работы с гибридными моторами у GE нет, но зато эта компания занимает лидирующие позиции на рынке турбовентиляторных двигателей. Поэтому силовые установки hFan могут стать первыми в истории GE двигателями с самой высокой степенью двухконтурности. Как говорит Мурроу, такие проекты могут быть воплощены в жизнь уже к 2030 г.
"Мы прикладываем усилия к увеличению степени повышения давления как вентилятора, так и всего двигателя целиком. В идеале мы планируем достичь уровня 60:1", — отмечает К. Мурроу. Новый двигатель получил бы четырехступенчатый компрессор низкого давления и шестиступенчатую турбину низкого давления. При производстве последней будут использоваться композиты с керамической матрицей второго поколения. Этот материал GE начнет использовать в 2016 г. в семействе коммерческих двигателей CFM Leap для производства турбины высокого давления. В течение четырех лет данный материал должен будет налетать примерно 10 млн ч. Турбина низкого давления получит интерметаллические лопатки, изготовленные из алюминида титана, что позволит сократить массу одной ступени примерно на 45 кг по сравнению с традиционными никелевыми сплавами. Как говорит Мурроу, GE необходимо не только увеличивать удельную энергию аккумуляторных батарей, но и искать пути по снижению массы двигателей.
- и опять-таки они упираются в аккумуляторы, ИМХО лучше бы рассматривали ТЯ.
Оборонное научное агентство DARPA выделило компании Boeing $9,4 млн на постройку прототипа-демонстратора летательного аппарата Phantom Swift. Грант выделен в рамках программы X-Plane на 16 месяцев. В прошлом году с помощью технологий быстрого прототипирования и 3D-печати Boeing уже изготовил уменьшенную (17% от запланированного размера) копию Phantom Swift, так что постройка полномасштабного прототипа пойдет быстро.
Летательный аппарат Phantom Swift сможет взлетать и садиться вертикально, зависать как вертолет и летать со скоростью 550-740 км/ч. Аппарат оснащен двумя большими вентиляторными подъемными двигателями, размещенными внутри фюзеляжа. Эти двигатели предназначены для создания подъемной силы при взлете, посадке и зависании. Горизонтальная тяга создается двумя поворотными вентиляторными двигателями, размещенными на концах крыльев Phantom Swift. Таким образом, после взлета и набора скорости по-вертолетному большие вентиляторные двигатели отключаются, закрываются створками, и аппарат летит за счет подъемной силы крыльев и тяги малых двигателей.
Полноразмерный Swift Phantom будет иметь ширину 15,2 м, длину 13,4 м, массу до 5450 кг и сможет нести полезную нагрузку в размере не менее 40% от прогнозируемой полной массы транспортного средства.
Конструкция PhantomSwift может показаться нерациональной, ведь на большей части полета подъемные двигатели отключены и являются мертвым грузом, который "съедает"дефицитные объемы внутри фюзеляжа и снижает полезную нагрузку. Однако на серийной версии Phantom Swift будет использоваться легкий и компактный полностью электрический привод, который не требует громоздкой трансмиссии, что частично решает проблему. Пока подобных технологий еще нет, поэтому первый прототип будет оснащаться обычным газотурбинным двигателем CT7-8 General Electric, который используется на вертолете Sikorsky S-92.
Phantom Swiftдолжен стать более надежной и быстрой альтернативой вертолетам и конвертопланам типа V-22 Osprey. Новый летательный аппарат сможет прибывать в заданную точку в три раза быстрее, чем вертолет, в беспилотном или пилотируемом варианте доставлять на передовую грузы, эвакуировать раненых, оказывать огневую поддержку войскам и вести разведку. Кроме того, PhantomSwift будет обладать уникальной маневренностью, например, зависнув на больших подъемных двигателях почти мгновенно разворачиваться на месте, менять высоту, наклон корпуса, быстро набирать скорость в любом направлении. Такое качество очень важно для штурмовой машины и особенно полезно в сложных условиях, например городской застройки.
http://zoom.cnews.ru/rnd/news/top/boeing_postroit_letatelnyj_apparat_novogo_tipa
DAHER-SOCATA becomes a partner for Airbus Group’s E-Fan 2.0 electric aircraft
Teams from the manufacturer of DAHER-SOCATA’s TBM business aircraft will participate in design and certification of this pioneering two-seat trainer
E-fan 2.0
Tarbes, France, December 11 - DAHER-SOCATA today announced the signature with Airbus Group’s VoltAir subsidiary for design, development and certification of E-Fan 2.0 – the world’s first all-electric series production aircraft.
E-Fan 2.0 is part of the electric aircraft program launched by Airbus Group. This is a first true application of the program, since E-Fan 2.0 is intended to be built in series production and marketed as a two-seat general aviation trainer.
E-Fan 2.0 aims to be the first electric aircraft certified by the European Aviation Safety Agency (EASA) and the first all-electric aircraft designed specifically for pilot training – defining an international aviation standard. One goal of the program also is to open the way for electrical applications on aircraft of larger size.
Under the project management of VoltAir, DAHER-SOCATA – with its manufacturing experience that includes several thousand aircraft in service worldwide – is responsible for the E-Fan 2.0 aircraft’s entire development, including its electric engine and batteries, as well as flight test and certification by EASA as Europe’s airworthiness authority. DAHER-SOCATA
also will be responsible for defining operational rules for ab-initio training with the French DGAC civil aviation airworthiness authority.
« Notre sélection par Airbus Group démontre nos capacités d’innovation et nos savoir-faire. Il s’agit d’un programme porteur d’avenir non seulement pour le secteur aéronautique mais aussi pour l’ensemble des industries de hautes technologies qui feront de plus en plus appel à la maîtrise de l’énergie électrique. » a expliqué Stéphane Mayer, Président & CEO du pôle aéronautique et défense de DAHER.
"This selection by Airbus Group demonstrates our innovation capabilities and know-how," said Stéphane Mayer, President & CEO of the aerospace and defense activities at DAHER. “This is a promising program, not only for the aviation sector but for all the high-tech industries that will increasingly call for electric energy management.”
The contract is the result of an initial 18-month phase of work studies conducted with Airbus Group, which allowed the project structure.
“It is aligned with the development of the engineering services business we launched in 2013, offering our skills and expertise of an aerostructure manufacturer and designer in the field of product engineering to the aviation industry,” explained Jacques Lordon, Vice President Engineering Development at DAHER-SOCATA.
"A few months after the launch of DAHER-SOCATA’s new TBM 900 very fast turboprop aircraft, our technical teams are particularly proud of their upcoming contribution with the Airbus Group’s VoltAir subsidiary in this world premiere for aeronautics," stated Nicolas Chabbert, Senior Vice President of DAHER-SOCATA Airplane Business – who will lead this
project. "In addition to our design engineering skills for the E-FAN 2.0 program, we are bringing our experience as an aircraft manufacturer whose experience includes more than 2,000 Rallye and TB general aviation aircraft that are in service in the flight schools of more than 65 countries, along with over 700 TBMs delivered worldwide."
![[image]](../../../pics.aviaport.ru/cache/news/170x/726599.jpg)