В основе схемы силовой установки лежит вертолетный двигатель ВК-650В, который с помощью генератора вырабатывает электрическую энергию, а та, в свою очередь, подается на электрические маршевые двигатели с винтами. Параллельно устанавливаются и аккумуляторные батареи, которые также питают электромоторы винтов. Такая схема дает целый ряд преимуществ, о которых мы и расскажем.

Начнем с того, что на взлетных режимах может быть обеспечено суммирование потоков мощности этих двух источников энергии, а крейсерский полет выполняться за счет выработки энергии только газотурбинным двигателем, работающим на номинальных режимах. Таким образом, согласно утверждениям разработчика, ресурс газотурбинного двигателя может быть увеличен на 20-30%, за счет того, что он не выходит на высокие режимы.

Во время крейсерского полета происходит зарядка аккумуляторной батареи, которая позволяет усилить мощность при пике потребления на посадке. Потому что именно на посадке наблюдается пик потребляемой мощности. К тому же батарея может добавлять приемистости в полете, например, когда необходимо изменить скорость при порывах ветра или эшелон полета.

Такое перераспределение потоков энергии не только позволяет эффективно использовать их на взлете, наборе высоты и посадке. Преимущество заключается и в том, что гибридная силовая установка может быть распределенной. То есть выработанную энергию могут потреблять несколько электродвижителей. Представленный опытный образец гибридной силовой установки имеет два тяговых электродвигателя с винтами. Однако количество этих двигателей может быть увеличено при сохранении в схеме одного генерирующего энергию ГТД.

Например, на крыле может располагаться большее количество винтов, которые позволят сократить взлетную дистанцию. Если говорить о безопасности, то та же четырехдвигательная схема может дать куда больше шансов в случае отключения одного из электромоторов. Здесь же следует сказать об отсутствии механических трансмиссий, что позволяет реализовывать различные архитектурные решения на всевозможных типах летательных аппаратов.

Второй источник энергии – аккумулятор, он необходим и с точки зрения резервирования.  Мощность аккумуляторной батареи позволит компенсировать возможную остановку газотурбинного двигателя в полете. При этом летательный аппарат сохранит все системы в рабочем состоянии, а значит и управляемость.

В качестве ещё одного преимущества можно рассматривать тот факт, что нет необходимости размещать газотурбинный двигатель для каждого винта. Достаточно одного – генерирующего энергию. А это значительный выигрыш в весе, стоимости эксплуатации летательного аппарата и в расходе топлива, его потребителем является только один двигатель, да и то работающий не на высоких режимах. Все это повышает летно-технические характеристики летательного аппарата: дальность, скорость, грузоподъемность. Эти показатели важны также для коммерческой эффективности, сегодня – это ключевой фактор успеха на рынке.

Следует заметить, что ГСУ – это общемировая тенденция. Уже понятен тренд на электрификацию летательных аппаратов. На выставке в Чжухае компании из разных стран представили аналогичные силовые установки, но, в отличие от российской, эти объекты были малой мощности, в которых используются не газотурбинные двигатели, а поршневые. Были и полностью эклектические проекты.

Аналитики  показывают следующие возможные ниши рынка в ближайшей и среднесрочной перспективе: малые летательные аппараты вместимостью несколько человек будут электрическими, большие аппараты сохранят традиционную схему с газотурбинным двигателем, а вот в сегменте небольших пассажирских самолетов вместимостью до 30 посадочных кресел предполагается смешанная гибридная схема, которая дает большую эффективность и большие возможности.

Однако, несмотря на то, что электромобили и гибриды на земле становятся обыденностью, реализация таких проектов в авиации на данном этапе – очень непростая задача. Для наземной техники свои условия, в авиации своя специфика.

Как нам рассказали специалисты ОДK, конструкторы заложили большие и достаточно высокие требования к удельной емкости аккумуляторных батарей и их удельной мощности. Проведена масштабная аналитическая работа: исследовано большое количество предложений и отобраны лучшие, на базе которых была создана батарея. Да, разработчики ГСУ не стали использовать уже выпускаемую продукцию, а самостоятельно разработали и произвели батареи на отечественной компонентной базе.

При этом пришлось решать новые задачи. Например, вопрос терморегулирования аккумуляторной батареи стал одним из основных по той причине, что аккумуляторная батарея должна эксплуатироваться в строго определенном температурном диапазоне. Была проведена сложная инженерная работа. Тепловое состояние исследовано на всех режимах работы и выбрана оптимальная система, которая обеспечит эксплуатацию аккумуляторной батареи в строго заданном температурном диапазоне. Также дополнительно разработана система охлаждения и нагрева.

Предполагается, что для подзарядки батареи до 80% понадобится не более часа. То есть, схема будет гарантировать восстановление мощности аккумуляторов во время разворотного рейса (высадке и посадке пассажиров) даже при значительном разряде батарей. Для обеспечения полетов этого вполне достаточно.

Аккумуляторная батарея имеет модульную конструкцию. Это позволяет варьировать емкость и мощность аккумулятора для того, чтобы подобрать баланс количества вырабатываемой энергии и количества движителей для конкретного летательного аппарата. ГТД и маршевые электродвигатели также подбираются для конкретного летательного аппарата. Каждому летательному аппарату нужны и свои обороты на винте. Варьируемость обеспечивает возможность его быстрой адаптации для любых летательных аппаратов в предлагаемом диапазоне мощностей.

Область создания гибридных силовых установок абсолютно новая, здесь требуются и другие инновационные разработки, например, электроника, включая систему управления и электрические двигатели. Как мы видим, на данном этапе гибридная силовая установка разработана, произведена, собрана и проведены стендовые испытания опытного образца. Таким образом, концепт по большей части уже обкатан. И ключевое в этом проекте – только отечественные предприятия-кооперанты и компоненты.  

фото автора