Силовая установка для самолета на основе электродвигателей?
Тема: Силовая установка для самолета на основе электродвигателей?
The UK Ministry of Defence (MoD) has ordered two solar-powered Zephyr 8 high-altitude ‘pseudo satellites’, according to Airbus Defence & Space. In a recent statement to the British parliament, defense procurement minister Philip Dunne said that the $16 million contract was for an operational concept demonstration. The payload is believed to be covert communications for special forces, though small intelligence, surveillance and reconnaissance sensors can also be carried.
The Zephyr 8 is the latest version of a record-breaking series of ultra-lightweight airframes designed to loiter slowly over an area of interest at 65,000- to 70,000-feet. Originally designed in the UK by QinetiQ more than 10 years ago, the program was bought by Airbus D&S in 2013, and development continued from a site at Farnborough airfield in the UK. The following year, a trial was conducted for the MoD out of Ascension Island in the southern Atlantic, to test the feasibility of operating the air vehicle in the Southern Hemisphere winter. The Zephyr charges its batteries from sunlight during the day, to maintain altitude at night.
That trial flight stayed airborne for 11 days, and included control via a satellite as well as by line-of-sight from the ground station. The longest claimed flight to date has been the world-record 14 days set in 2010 by a Zephyr 7, but Airbus says the Zephyr 8 can stay airborne for more than a month. Compared to earlier versions, it is 30 percent lighter and can carry 50 percent more batteries. The wingspan is increased from 22.5 meters to 25 meters (82 feet).
Airbus D&S said that in addition to defense missions, Zephyrs can be used for humanitarian missions, precision farming, environmental and security monitoring, and to provide internet coverage to regions with poor connectivity. The first Zephyr 8 is due to fly in mid-2017.
December 13, 2006, 12:50 PM
August 23, 2013, 10:45 AM
Persistence Rewarded For Zephyr ‘Pseudo-Satellite’ Project | Defense News: Aviation International News
Предполагаемый внешний вид самолета с двигателями с гибридной архитектурой.
NASA
Американская компания United Technologies и британская Rolls-Royce по заказу NASA занялись эскизным проектированием реактивных авиационных двигателей с гибридной архитектурой. Как пишет Aviation Week, в таких двухконтурных двигателях турбинная часть будет приводиться в движение выхлопными газами, в то время как вентилятор и компрессор низкого давления будут раскручиваться при помощи электромотора. По оценке разработчиков, такое решение позволит создать экономичную силовую установку.
Проектированием занимаются LibertyWorks, подразделение британской компании, и UTRC, исследовательский центр американской. По условиям соглашения с NASA, эскизное проектирование должно завершиться к октябрю 2016 года. По мере проектирования, разработчикам предстоит решить ряд технических и конструкторских задач, включая пересчет степени двухконтурности двигателей с учетом добавления в конструкцию электрической части, а также отвод тепла, расположение батарей и электромотора и развесовка элементов.
Разработчики полагают, что в существующем виде некоторые технологии не подходят для реализации гибридной архитектуры, поскольку выгода от ее использования на самолетах будет практически нулевой. В первую очередь из-за соотношения массы и емкости аккумуляторных батарей. По оценке UTRC, использование электропривода компрессора низкого давления и вентилятора на взлете и при наборе высоты, а также крейсерском полете позволит сэкономить около десяти процентов топлива. Расчет не учитывает горючее, потраченное на зарядку батарей.
Для нормальной работы двигателей с гибридной архитектурой на самолет придется установить системы охлаждения, проводку и аккумуляторные батареи общей массой 13,6 тонны, при массе самих батарей около 9,9 тонны. Это можно будет сделать либо уменьшив полезную нагрузку самолета, либо увеличив максимальную взлетную массу. По оценке UTRC, в любом случае это приведет к тому, что сэкономленное топливо все равно придется сжечь, чтобы самолет смог нести дополнительный груз в виде батарей.
Расчеты производились для текущей емкости батарей в 120-200 ватт-часов на килограмм массы. По данным разработчиков, об эффективности двигателей с гибридной архитектурой можно будет говорить в том случае, если емкость батарей достигнет по меньшей мере тысячи ватт-часов на килограмм массы. В таком случае масса аккумуляторных батарей составит всего 2,3 тонны, что позволит добиться пятипроцентной экономии топлива при взлете, наборе высоты и крейсерском полете. При этом батареи должны держать высокие токи разряда и температуру.
В свою очередь, по данным LibertyWorks, использование технологии плавающего цикла работы двигателей с гибридной архитектурой, при котором вклад электрической и топливной частей установки будет варьироваться в зависимости от условий полета, позволит добиться по меньше мере 15 процентной экономии топлива по сравнению с обычными турбовентиляторными реактивными двухконтурными двигателями. Такая экономия будет возможна при емкости батарей в 750 ватт-часов на килограмм.
В обычном турбовентиляторном двухконтурном двигателе истекающие из камеры сгорания газы раскручивают турбины высокого и низкого давления. В свою очередь турбины через редукторы приводят несколько вспомогательных агрегатов, включая генераторы, а также компрессоры низкого и высокого давления и вентилятор. Компрессоры сжимают воздух для подачи в камеру сгорания, в то время как вентилятор нагнетает воздух во внешний контур, по которому он минует компрессоры, камеру сгорания и турбины и поступает сразу в сопло.
В турбовентиляторных двигателях в зависимости от конструкции вклад вентилятора в формирование тяги составляет от 70 до 85 процентов. Именно благодаря переводу этой важной с точки зрения тяги части двигателя на электропривод конструкторы и рассчитывают добиться экономии топлива. От турбин не будет отбираться мощность на вентилятор и компрессор низкого давления, а значит потребуется сжигать меньше топлива для их раскрутки.
В начале февраля 2016 года немецкий проектный институт Bauhaus Luftfahrt объявил о намерении к 2022 году провести испытания «более электрического самолета» с гибридной тягой. В испытаниях примет участие уменьшенная беспилотная модель самолета, оснащенная двумя турбовентиляторными двигателями с ультравысокой степенью двухконтурности и одним электрическим вентиляторным двигателем. Реактивные двигатели будут частично формировать общую тягу силовых установок и обеспечивать электричеством вентиляторный движок.
Вклад электрического двигателя в формирование общей тяги всех силовых установок составит 23 процента. В сравнительном моделировании участвовал самолет проекта DISPURSAL пассажировместимостью 340 человек и с дальностью полета 8,9 тысячи километров. Его сравнивали с современным пассажирским самолетом Airbus A330-300. При моделировании самолеты совершали перелет на скорости 0,78 числа Маха (963 километра в час). Экономичность DISPURSAL по сравнению с A330-300 составила 38,3 процента.
Василий Сычёв
Pentagon researchers order plane that takes off and lands vertically with 24 ducted fans
The experimental unmanned plane is powered by a hybrid electric engine system
(CNN)No one has ever seen any airplane like this, except on computer animation. Now, some of the world's top aeronautical engineers are going to build it for real.
The plan calls for constructing a six-ton unmanned, remote controlled plane the size of a business jet with 24 spinning propellers embedded in its huge moveable wings that allow it to magically hover in midair.
It's an experimental airplane they call LightningStrike.
The design — by Aurora Flight Sciences Corporation — may look pretty strange, but on Thursday, it beat big-name companies Sikorsky and Boeing to win a contract from the Defense Advanced Research Projects Agency, or DARPA, the Pentagon's research arm.
DARPA is trying to develop vertical takeoff and landing planes, called VTOLs, that fly faster and burn less fuel than current VTOLs, like the V-22 and MV-22 Osprey. You may have seen the Osprey, which is noticeable by its two big tilt-rotors on each side. These aircraft escort President Obama's Marine One helicopters.
Why VTOLs matter
War planners place high value on nimble aircraft that can land and take off virtually anywhere — no runway required.
But traditionally, helicopters can't pack much speed without using a lot of fuel.
LightningStrike's propulsion system is hybrid electric, which is designed to be more efficient. Engineers said they've designed it to be faster than the Osprey.
"Instead of taking two big powerful thrusters, we have 24 of them," said Aurora Chairman and CEO Dr. John Langford. "We distribute that same energy over 24 fans ... has less blast, less heat, is quieter and less disruptive, which means it can get into places that the V-22 can't. Part of the idea of this is to make it more practical."
Related story: Flying cross-country without airports
The V-22 is in no danger of being replaced by the LightningStrike, which will be built as a technology demonstration experimental aircraft. But DARPA hopes to learn from it and extrapolate data that might be used to develop future military aircraft, said Dr. Ashish Bagai, program manager of DARPA's Tactical Technology Office.
It's possible that someday ducted fan electric hybrid propulsion VTOL aircraft might be used as troop transports or even in combat situations, he said.
Hurdles ahead
Aurora expects to start test flying its new plane sometime around 2018. But building a successful prototype of LightningStrike will come with big challenges.
Engineering VTOLs to smoothly switch flying vertically to flying horizontally is always a difficult hurdle, said Bagai.
Unique challenges to building LightningStrike, he said, will include how to apply electric flight to VTOLs and how to push the plane's speed capability to their goal of 300 knots (345 mph).
Aurora's plans call for the plane's power plant to be the Rolls-Royce AE 1107C turboshaft engine, the same model used in the Osprey. The engine will turn three Honeywell electric generators.
Then those generators will power 18 fans that each will live inside ducts along the wings.
Toward the front of the plane, embedded inside two stubby wing-like protrusions called canards, are six additional fans. These fans thrust the plane into the air. The plane's wings twist forward as the aircraft shifts from vertical to horizontal flight.
"What you're starting to see here are designs and configurations and applications of technologies that have never been done before," Bagai said. "I think we have our work cut out for us."
Most powerful hybrid electric powertrain powers up
A major step towards electric powered air travel was achieved on 9th February 2016 in the project HYPSTAIR, with the power-up of the world’s most powerful hybrid electric powertrain for aviation.
A major step towards electric powered air travel was achieved on 9th February 2016 with the power-up of the world’s most powerful hybrid electric powertrain for aviation in a project led by Pipistrel. Hybrid-electric powertrains are a new breed of aviation propulsion, which extend the range of all-electric aircraft while being environmentally friendly and quiet. The 200 kW propulsor developed during the project HYPSTAIR delivers the power equivalent to a typical general aviation piston engine and can run in three modalities: electric-only mode using batteries, generator-only mode or hybrid mode combining both power sources.
All powertrain components developed by Siemens during the project represent the state of the art of electric flight propulsion. The drive motor, delivering 200 kW take off power and 150 kW continuous, and the generator, delivering 100 kW feature a power density exceeding 5 kW/kg and dual windings with four power controllers to provide unprecedented reliability. Further element of innovation is the Human-Machine-Interface designed to simplify the operation of a complex powertrain. A single lever with haptic feedback is used to apply power and a new integrated cockpit display to monitor the powertrain status and performance.
Following the extensive laboratory testing of components and the integration on a representative airframe at the Pipistrel aviation factory in Slovenia, the successful power up trialled all propulsion modes at low and high powers, driving a specially developed five blade low rpm, low noise propeller. Tests of take-off power were performed using combined output of the generator driven by a turbonormalised engine and the high-performance battery custom developed to support high discharge rates.
Pipistrel CEO, Ivo Boscarol, says: “We are proud of what HYPSTAIR represents for the development of electric flight. It demonstrates the possibility for general aviation class aircraft to be electrically powered and it confirms the vision of Pipistrel – we were the first to design a four seat aircraft, the Panthera, than can be alternatively equipped with three different propulsion types: piston engine, electric motor or hybrid powertrain. Project HYPSTAIR represents a major step in the direction of a hybrid aircraft and an opportunity for Pipistrel and other general aviation aircraft manufacturers.”
Frank Anton, Head of eAircraft and the initiator of electric aircraft development at Siemens AG: “Siemens is developing electric drive systems with highest power-to-weight ratio for aircraft propulsion. Only with innovation we can solve the problems of rising fuel costs, rising passenger demand and rising environmental regulation. Innovations developed for the HYPSTAIR hybrid-electric powertrain will be instrumental in making aviation more sustainable in the long run. As electric drives are scalable, we can expect, that in the future also larger aircraft will use electric propulsion. The world is becoming electric, whether in the air, on land or at sea.”
Max Pinucci, CEO of MBVision: “In technical progress, there have always been small steps that demonstrated how reality can be even more creative of imagination. This success opens the way not only to the future hybrid/electric flight, but to endless opportunities of research in technology and design, representing the true patrimony in which we must invest”.
Prof. Aldo Frediani from University of Pisa: “The electric flying allows not only reduction of the environmental impact of aviation but also the opportunity to investigate different aircraft configurations, innovative architectures for integration of the motors, new design tools and methods. In HYPSTAIR project, our team has focused on the performance estimation of the hybrid electric aircraft and has developed a simulator with the capability of taking into account the behaviours of all the components, including the pilot. Piloting strategy, in fact, has a big influence on energy management; moreover a new generation of hybrid airplane pilots may once be required for the future affirmation of this technology.”
“The HYPSTAIR project is an excellent example of fruitful cooperation between stakeholders of industry, science and research. With power-up of the world’s most powerful hybrid electric powertrain for aviation significant milestone was achieved, to be followed by further laboratory testing of components under the leadership of University of Maribor. During the project, our team delivered also a pioneer work on haptic power lever providing much easier operation of the complex hybrid system. We believe that further development of alternative propulsion systems is essential. Hopefully, its importance will be recognized and continually supported by the European Commission.” says assoc. prof. dr. Stane Božičnik from University of Maribor.
In the upcoming months, extensive testing will continue to simulate typical mission profiles covered in the performance study and to validate the hybrid drive concept and performance. This pioneering achievement was first unveiled at the E2 Fliegen Symposium 2016 in Stuttgart, Germany.
Project HYPSTAIR has received funding from the European Union’s Seventh Framework Programme for research, technological development and demonstration under grant agreement no. 605305. Project partners are Pipistrel d.o.o. Ajdovščina, Siemens AG, MBVision, University of Pisa and University of Maribor.
Most powerful hybrid electric powertrain powers up -
Ultracapacitors will cope with peak power demand to counter gusts and downdrafts during winching operations. Credit: Flying Whales
The electric motors and ultracapacitors will be part of a serial hybrid propulsion system. Still to be decided is whether the generator will use a piston engine or a turbine.
Skeleton was chosen “because of its great know-how in ultracapacitors and electrical system design,” Bougon says. The Bautzen, Germany-based company is producing ultracapacitors for satellites, among other applications; one of its customers is the European Space Agency.
The first flight of the LCA60T is planned for 2019, with Flying Whales receiving financial support from the French government’s Nouvelle France Industrielle program. The project is devised as a way to meet the need for increased French use of wood resources: The sector has the second-greatest deficit in the country’s balance of trade.
Creating a forest road has a very limited return on investment. Similarly, using helicopters for logging operations is extremely expensive. An Airbus Super Puma may cost about €10,000 ($11,000) per hour and a four-ton load of wood is worth €500, according to Bougon. An airship may be the solution. “To carry a given payload, a large-capacity airship may be 50 times cheaper than a helicopter,” he says.
Logging is likely to be the mainstay of the large cargo airship market. Credit: Flying Whales
The country’s national forestry office is involved and worked closely on the market study with Flying Whales. The analysis concluded, as early as 2013, that the logging niche was deep enough—and not only in France—to make the project economical, provided operational costs were kept low enough.
A second market study was commissioned for oversize cargo transportation. In its bay, the LCA60T could carry the three 200-ft.-long blades of one wind turbine. Sling load operations were also considered for large objects such as premanufactured houses.
However, such a market comprises a variety of customers with only occasional transportation needs, and is seen only as a complement to logging. It should not be considered a mainstay, says Bougon.
Engineering work since 2014 with French aerospace lab Onera has defined the outlines of the LCA60T. It will use a rigid design—a major difference with the competing Lockheed Martin LMH-1. Few technical details have been made available thus far.
Oversize cargo transport is expected to be a complementary market. Credit: Flying Whales
Flying Whales is headquartered in the outskirts of Paris and says it is leading a consortium of about 30 companies and research laboratories, the names of which will be announced in September. The factory is to be located in Istres, in the southeast of the country, in a former Dassault hangar.
Under a memorandum of understanding signed in 2015, Avic subsidiary China Aviation Industry General Aircraft Co. is to become a shareholder of Flying Whales. Another manufacturing facility will be established in China; production in both countries is scheduled to begin in 2021.
The market study suggests a potential in Africa, where “a lack of infrastructure hinders economic growth,” Bougon says, and Morocco may become the third country with a Flying Whales factory.
В компании "Авиастроитель" заявляют о том, все комплектующие, кроме батарей, российского производства. Изначально планер АС-4-115 оснащался одним электромотором.
Первый полет планера АС-4-ДУ с двумя неубирающимися электромоторами был проведен в конце мая 2016 г.
Как отмечается, мощность каждого двигателя составляет 10 КВт. Заряда батарей хватает на взлет с набором высоты до 1 тыс. метров и на долет в 70-80 км при прямолинейном полете. Для отработки технических решений также подбираются различные винты для реализации максимального КПД двигателей.
«Мы обычно не стандартизируем технологии, пока не почувствуем, что это начало приживаться», - сказал вице-президент по глобальной инновациям и политике GAMA Грег Боулз. «Сейчас наблюдается много активности в гибридных и электрических технологиях. Эта отрасль действительно начинает подниматься».
GAMA сформировала EPIC год назад, и комитет уже насчитывает 40 членов. «За год мы прошли путь от нуля до 40, так что есть огромный контингент людей, которые очень заинтересованы в этом сегменте».
В настоящее время разрабатывается уже достаточно много проектов в данном сегменте, и EPIC хочет дать производителям однотипный подход для оценки возможностей их аппаратов, а также сформулировать требования. Подобно требованиям NBAA IFR, новый стандарт рассматривает различные аспекты с безопасными резервами от полетов до разработки.
Комитет выделяет три типичных сценария полета: полет между двумя точками, учебно-тренировочный полет и полет, который включает в себя взлет, полет по схеме и возвращение. Для этих сценариев стандарт требует 30-минутный запас энергии.
Комитет также включил требования для схем вертикальных полетов для вертолетов и нового поколения самолетов, которые будут иметь вертикальный взлет. В этом случае резервы, однако, более зависят от режимов полета, а не от времени.
Стандарт был разработан на основе дискуссий между членами EPIC, при этом во время некоторых из этих обсуждений также присутствовали представители FAA и EASA, но в разработке стандарта они не принимали участие. Новый стандарт является первой версией, и с течением времени он будет развиваться.
Safran предложила усилить вертолетные двигатели электромоторами
Установка электромотора на вертолет Airbus Helicopters AS332L1 Super Puma позволит заменить на нем двигатели Makila 1A1 на более легкие Ardiden 3 :: Airbus Helicopters
Французский двигателепроизводитель Safran Helicopter Engines (в прошлом — Turbomeca) предложил оснащать двухдвигательные вертолеты дополнительным электромотором. В таком случае потребуются менее мощные, но более экологичные основные силовые установки, пишет издание Aviation Week. В компании не исключили, что полеты демонстратора могут начаться в ближайшие два года.
Как пояснили в Safran Helicopter Engines, сейчас главная проблема заключается в том, что мощность газотурбинных двигателей, которые устанавливаются на вертолеты, превышает необходимую примерно на 20%. Это делается для того, чтобы в случае отказа одной из силовых установок машина смогла продолжить полет с другим работающим мотором. И хотя такие отказы происходят достаточно редко, это вынуждает устанавливать на вертолеты слишком большие и тяжелые двигатели.
По замыслу Safran Helicopter Engines, электромотор будет включаться при внештатном прекращении работы одной из силовых установок, что позволит компенсировать недостающую мощность оставшегося газотурбинного двигателя. Таким образом, наличие электродвигателя позволит использовать основные моторы с уменьшенными тягой и размерами. Благодаря такой гибридной схеме расход топлива сократится на 10–15%. Например, на вертолете Airbus Helicopters AS332L1 Super Puma можно будет заменить ныне используемые силовые установки Makila 1A1 мощностью 1877 л. с. на более легкие Ardiden 3 мощностью 1400 л. с.
Предложение Safran базируется на изучении компанией возможностей полета на одном двигателе с целью снижения расхода топлива. "Это многообещающая технология. Наша цель — объединиться с производителем вертолетов, для того чтобы продемонстрировать гибридную систему в действии. Также мы планируем привлечь к работе Европейское агентство по безопасности авиаперевозок, что позволит понять, какие у системы есть ограничения", — подчеркнули в Safran Helicopter Engines.
Помимо проведения испытаний Safran еще предстоит убедить пилотов в том, что гибридная схема обеспечит должную безопасность полетов. Также потребуется разработка более совершенных аккумуляторов.
Авиапорт.Конференции
Агентство «АвиаПорт» является разработчиком программного обеспечения, позволяющего зарегистрированным пользователям сайта общаться друг с другом. Все сообщения отражают собственное мнение их авторов, и агентство не несет ответственность за достоверность и законность информации, публикуемой пользователями на страницах раздела.
![[image]](../../../pics.aviaport.ru/cache/news/170x/726599.jpg)