Авиационный сверхпроводниковый электродвигатель испытан в составе самолета
5 февраля 2021 года на аэродроме новосибирского ФГУП «Сибирский научно-исследовательский институт авиации имени С.А. Чаплыгина» (входит в состав НИЦ «Институт имени Н. Е. Жуковского») начался этап наземных отработок самолета-летающей лаборатории с демонстратором гибридной силовой установки (ГСУ), в состав которого входит сверхпроводящий электрический авиадвигатель.
В ходе испытаний, включающих в себя запуски электрического двигателя и всех систем самолета, в том числе его штатных двигателей, была произведена проверка их устойчивой совместной работы.
Электрический двигатель – часть демонстратора гибридной силовой установки, которую разрабатывает Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова (ЦИАМ, входит в состав НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского») в кооперации отечественных предприятий в рамках госконтракта с Минпромторгом России.
Инновационный электрический авиадвигатель на высокотемпературных сверхпроводниках (ВТСП) мощностью 500 кВт создан компанией «СуперОкс» в рамках контракта с Фондом перспективных исследований (шифр «Контур»). До установки на самолет он прошел комплекс испытаний на наземных стендах в ЦИАМ.
Комментируя участие Фонда перспективных исследований (ФПИ) в работах по созданию высокотемпературного электродвигателя на сверхпроводниках глава ФПИ Андрей Григорьев отметил, что проект стартовал в декабре 2016 года: «Реализуемые технологии открывают возможности по созданию полностью электрических летательных аппаратов. Мы всячески будем поддерживать эти проекты».
«Наша компания занимает передовые позиции в мире в области ВТСП технологий. Примечательно, что они находят свое приложение в такой важной для России отрасли, как авиастроение», – отметил председатель совета директоров ЗАО «СуперОкс» Андрей Вавилов.
Помимо электрического двигателя на ВТСП, в состав демонстратора ГСУ входит электрический генератор, разработанный и созданный в ЦИАМ совместно с Уфимским государственным авиационным техническим университетом (УГАТУ). Генератор имеет выходную мощность 400 кВт, весит 100 кг и прошел как стендовые испытания, так и испытания в составе турбогенератора (на базе серийного турбовального авиадвигателя).
Летающая лаборатория на базе самолета Як-40 разработана ФГУП «Сибирский научно-исследовательский институт авиации имени С.А. Чаплыгина» (СибНИА). Для испытаний электродвигатель с воздушным винтом был установлен в носовую часть самолета. В хвостовой части фюзеляжа вместо штатного двигателя АИ-25 установлен турбовальный газотурбинный двигатель с электрическим генератором. В центральной части фюзеляжа были установлены литий-ионные аккумуляторные батареи, которые также входят в состав ГСУ.
Решение использовать самолет Як-40 принято в 2018 году. В том же году была создана и испытана аэродинамическая модель летающей лаборатории в аэродинамической трубе. Для оснащения электродвигателем Як-40 был ремоторизирован (два из трех маршевых двигателей были заменены на современные с большей тягой), доработана конструкция планера, произведены детали и сборочные единицы, с помощью которых демонстратор устанавливается на борт летающей лаборатории.
В конце 2020 года СибНИА совместно с ЦИАМ и ЗАО «СуперОкс» установили оборудование демонстратора технологий на борт. Тогда же были выполнены первые пробные запуски электрического двигателя с воздушным винтом.
Результатом работы, которую планируется завершить в 2022 году, будут летные испытания демонстратора гибридной силовой установки. Они позволят проверить конструктивные подходы к созданию подобных силовых установок, оценить эффективность применяемых технических решений.
«В Национальном исследовательском центре “Институт имени Н.Е. Жуковского” сформирована комплексная научно-техническая платформа “Электрический ЛА” (ЛА – летательный аппарат), в рамках которой все ведущие научно-исследовательские центры авиационной промышленности – ЦАГИ, ЦИАМ, ГосНИИАС, СибНИА совместно создают новейшие технологические решения», – заявил генеральный директор НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского» Андрей Дутов.
Направление малошумных и экологичных гибридных и электрических силовых установок – одна из определяющих технологий для будущего авиации. Их исследованием, прежде всего для перспективных серийных самолетов малой и региональной авиации, занимаются все авиаконцерны мира и профильные научные центры. Преимущество гибридных силовых установок состоит в возможности, с одной стороны, получить выгоду от энергоэффективных, экологически чистых электрических технологий, с другой – сохранить приемлемую весовую эффективность за счет оптимизации конструкции и режимов работы газотурбинных или поршневых авиационных двигателей.
«Применение гибридных технологий в авиации позволит уменьшить расход топлива до 70% и существенно сократить вредные выбросы. 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. И именно здесь прикладная наука является драйвером высоко интеллектуальных и сложных инновационных технологий», – отметил Андрей Дутов.
