Будущее авиации: Полетят ли самолеты на газе и электричестве?

0

Содержание:

Будущее авиации: Полетят ли самолеты на газе и электричестве?
Оцените этот пост

27 августа в подмосковном Жуковском произошло центральное авиационное мероприятие 2019 года. На показе от международного авиасалона МАКС показали передовые достижения, которых удалось достичь отечественному авиапрому. В качестве напоминания, авиастроение – один из наиболее технически продвинутых секторов в российской индустрии.

Важное внимание уделили «сердцу» самолёта, от него зависит слишком многое: скорость, расход, уровень выхлопных газов и т. п. Мероприятие пролило некоторые свет на будущее двигателей и всего авиастроения. Разработчики уже во всю готовятся переквалифицироваться под новые технологии и потребности рынка. На все интересующие вопросы отвечает генеральный директор Центрального института авиационного моторостроения имени П. И. Баранова (ЦИАМ) Михаил Гордин.

Последними трендами являются электродвигатели и аэромобильность

Михаил, какие современные тренды в мировом и отечественном авиадвигателестроении?

Есть 5 ключевых направлений деятельности институтов и исследователей по всему миру. Главное из них –безопасность, она является постоянной темой изучения. Из четырёх прочих хочется отметить — электротягу. Внедрение позволило бы улучшить экологическую составляющую и улучшило бы расход топлива на полёты. Ситуация такова, что сегодняшние газотурбинные двигатели стоят на высокой ступеньке совершенства. Согласно планам, повысить их эффективность при стандартной конструкции получится только на 20% и это к 2030 году.

На этом фоне основными критериями современной авиационной техники являются показатели эмиссии токсичных соединений и выделяемого шума. Они должны уменьшаться параллельно с повышением мощности. Планируется к 2030 году снизить значение воспроизводимого шума на 20-25 дБ, а эмиссии вредоносных компонентов – на 60%. Подобные нормы декларирует Международная организация гражданской авиации.

Чтобы добиться прорыва в уменьшении выброса опасных веществ отечественной авиацией, планируется поэтапное внедрение революционных технологий. Понимая это, ведущие компании страны и мира ищут возможность перейти к использованию электродвигателей или гибридных движителей. В плане экологии они обеспечивают большой плюс, а ещё подобные двигатели экономичнее. Сегодня ещё рано говорить о коммерческом строении, скорее – о научных разработках. Со временем они должны поступить в опытно-конструкторские бюро, а ещё дальше – перерастут в реальные предложения на рынке.

Какими источниками заряда могут обладать электросамолёты будущего? Литий‑ионные?

Они могут использоваться различные или комбинированные. В общем-то, да: небольшие самолёты способны летать на литий-ионных батареях, уже есть тому пример – тренировочный Pipistrel в Словакии. Сейчас технология ещё не слишком развита, так как с 1 тонны керосина получается в 20-25 раз большее значение энергии в сравнении с 1 т заряженных батарей. Эффективность топлива по весу сильно отстаёт газотурбинных устройств, но может сравняться или опередить аккумуляторы в отдельных условиях.

В ЦИАМе проводится масса исследований для создания научных и технических прогнозов. Результаты показывают, что ещё около 10-15 лет ёмкость батарей окажется недостаточной для питания крупных пассажирских самолётов, которые летают на далёкие расстояния. И всё же прогресс движется, небольшие модели уже освоены.

Что на счёт дронов?

Само собой, дроны от аккумуляторов гораздо ближе к нам. Основное правило: чем меньше, тем легче запустить. Важнейшая проблема электрических технологий – отвод тепла. Сбивать температуру реально жидкими и воздушными технологиями охлаждения. Однако, мощность соответствует линейному 1 м3, а поверхность рассеивания жара – всего 1 м2. Появляется необходимость изобретать сложные охладительные системы, которые ещё увеличат вес двигательной установки.

Элементарное сравнение «куба и квадрата» помогает понять, почему у электрических устройств по мере повышения показателей мощности появляется масса прочих проблем. В силу подобных факторов, компактные летательные аппараты – реальность, но крупные появятся не в ближайшем будущем.

Стоит возвратиться к трендам. Два названы, что ещё нужно упомянуть?

Есть желание упомянуть о перевозках пассажиров. Для данной ниши важна аэромобильность, отвечающая за комфорт перелётов. Четвёртый тренд – воздушное регулирование движения в качестве абсолютно целостной системы транспорта. Продвинутые компании задумываются над отказом от управления каждым самолётом отдельно в пользу централизованной системы.

Всё ещё не отвеченным остаётся вопрос: как регулировать передвижение самолётов и прочих летательных средств. Десятки лет прогресс шёл до создания и реализации текущего законодательства, которое используется повсеместно. Однако, о беспилотниках тогда не думали. С появлением дронов возникает нужда в регулировании их полётов и изменении законодательства.

Разновидности топлива: оптимизация трат

В ЦИАМ уже были успешные тесты газовых летательных аппаратов. Актуально ли это сегодня?

Действительно проводились научно-исследовательские мероприятия по применению газомоторного горючего в авиации. Условно их можно разделить на 2 направления. Одну часть вели коллеги, которые завершили работу в 90-х годах. С тех пор государство не удаляет тематике должного внимания. Подразумевается работа над Ту-155, он в 1988 году смог полететь на водородном топливе, а в 1989 году – на сжиженном газе.

Альтернативное направление – использование газомоторного горючего АСКТ (сконденсированное топливо для авиации). Эксперименты с его использование также проводились, под работу на АСКТ переработали двигатель с вертолёта Ми-8. Технология показала положительные результаты, на ней летать можно. Основная сложность в поставщиках, которые смогли бы предоставить сырьё по доступной цене.

Электродвигатели хороши в плане экологии, но водород с метаном должны оказаться эффективнее?

Определённо, водород выигрывает у прочих горючих смесей по экологичности. После его распада формируется вода, а не вредный углекислый газ. В силу данной особенности топлива, в этом направлении планируется вести разработки и дальше, хотя и у водорода есть свои трудности.

Электродвигатели для экологии полностью безопасны. Если удастся сделать летательные аппараты только на электродвигателях, во время полёта атмосфера не будет приобретать вредные вещества распада. В случае применение гибридных установок, продукты распада горючего в меньшем объёме, но все равно будут поступать в воздух.

Coming Soon

Метан, керосин и ряд прочих видов в результате сгорания выделяют CO2. Метан лучше керосина по удельному весу, но теплотворные способности проигрывают. Придётся увеличивать размер баков самолёта, это неизбежно приведёт к большему сопротивлению воздуха. Пример показывает, что нужна оптимизация, точный расчёт затрат и сравнение плюсов с минусами всех видов топлива.

Научно-техническое сопровождение промышленности

Сотрудничает ли ЦИАМ с представителями конструкторских бюро и промышленности?

Взаимодействие обязательно есть, оно относится к функции научного и технического сопровождения промышленных процессов. Сюда входит научные, исследовательские и испытательные работы по большей мере для авиастроения и иногда в смежных отраслях. В том числе ЦИАМ имеет право на выдачу документов, подтверждающих достаточную степень соответствия отечественным нормам, и сертификацию.

Во время разработки новых моделей техники сотрудничество с конструкторами особенно тесное. По сути ЦИАМ является руководителями конструкторских бюро. Всё всегда начинается с расчётов и в последнюю очередь переходит к демонстрации для проверки работоспособности.

КБ знают о богатом опыте института и нередко обращаются с частными заказами на расчёт, проектирование и исследования. Ещё пользуются спросом отдельные элементы опытно-конструкторских работ. У нас единственная в своём роде экспериментальная база. Здесь проводятся испытания всех двигателей российского производства. Никакой конкуренции в оформлении или регламентировании готовых решений ЦИАМ не создаёт.

Совместные работы с Европой, КНР и Индией

Что объединяет ЦИАМ в международных проектах с иностранными коллегами?

Центральным объектом является научная работа. Все виды науки требуют обмен знаниями. Фундаментальные отрасли достигает познаний для всего человечества, а отраслевая – для специфического направления. Неважно, к какому роду деятельности относится наука, она не может развиваться в «вакууме».

Жизненно необходимо обмениваться достижениями по фундаментальным наукам и общим вопросам, а также делиться существующими наработками между всем миром. В итоге удаётся удвоить объём знаний. Сегодня есть ряд проектов с разными европейскими государствами, Индией и Китаем. Пример сотрудничества Евросоюза с Россией: страны параллельно вкладывают деньги, а готовым результатом пользуются все участники. Подобный алгоритм действует и в отношении прикладных вопросов, «чистых наук», вроде теории прочности, динамики газов и пр.

Следующий пласт совместной работы связан использование экспериментальной базы. Она уникальна и по мировым меркам. Многие зарубежные фирмы, занимающиеся двигателестроением, испытывают продукцию на стендах ЦИАМ.

Санкции отразились на работе института? Удалось ли составить план по импортозамещению продукта «Мотор-Сич»?

Проблематика кроется не столько в юридической сфере, сколько в политической. Зарубежным партнёрам сложнее взаимодействовать с ЦИАМ. Всё из-за того, что иностранным сотрудникам сложно объяснить руководителям желание или необходимость сотрудничества с Россией. С нашей стороны никаких препятствий для работы нет.

Касаемо импортозамещения, украинская силовая установка для вертолётов замещается российской разработкой. Сегодня ещё много вертолётов продолжает пользоваться двигателями ТВ3-117, и они нуждаются в ремонте, обслуживании. Параллельно с этим коллеги АО «ОДК-Климов» уже начали производство ВК-2500, в планах – наращивание объёмов.

«С улицы» не берём

Сегодня слишком большой разрыв между выпускниками инженерных школ. Среднее звено в 90-е практически выбито. Как ЦИАМ привлекает молодых специалистов?

Так и есть, разрыв значительный, но скоро подобного не будет. В ЦИАМ уже много сотрудников, возрастом до 35 лет. В то же время есть масса специалистов, возрастом до 70 и даже 85-90 лет. Они всё ещё работают и передают опыт со знаниями молодёжи, занимая места наставников.

Недавно молодые специалисты от ЦИАМ провели конференцию национального масштаба. На неё приехали студенты, аспиранты и более опытные специалисты. Центральные арбитры, которым показывали свои наработки ребята, являлись лучшими сотрудниками ЦИАМ. Часть из них уже обладают собственной научной школой при институте.

Хороших ли кадров поставляют на работу ВУЗы?

Они не поставляют, институт сам отбирает наиболее перспективных учеников. Для этого используются наши специалисты, которые выступают преподавателями в лучших технических ВУЗах. Они видят способных и амбициозных студентов, способных дополнить команду ЦИАМа. Уже с 3-4 курсов они могут начинать работать с нами.

С каких ВУЗов больше всего поступает кадров?

МГТУ имени Н. Э. Баумана, МФТИ, МАИ, частично МЭИ. Мы не предлагаем быстро сделать управленческую карьеру, за подобных лучше идти в промышленность. Чтобы получить статус начальника, придётся долго и самоотверженно работать. В большей мере команда ЦИАМа состоит из фанатов и энтузиастов.

Основной контингент института – посетителей авиакружнов в детстве…

Совсем не обязательно в кружках, есть люди с предрасположенностью к созданию техники. Они не слишком интересуются материальными благами или почестями.

Михаил Валерьевич, что вы скажете нашим читателям?

Инженерное образование – очень важно, оно расширяет кругозор, и открывает взгляд на новые методы и подходы. Помогает в самоорганизации, так как хороший инженер стремится к конечному результату. Инженер должен понимать важность сотрудничества. Только вместе можно достичь чего-то действительно стоящего. Особенно справедливо это заявление в отношении сложных аппаратов с технической точки зрения. Если инженеру удастся достичь положительного результата, вдохновения хватит на пол жизни.

Coming Soon

Чем больше целеустремлённых людей приходят в отрасль, тем скорее она преобразится в лучшую сторону. Лучше идти на инженера, нежели на финансиста или подобную профессию, по крайней мере – это достойная инвестиция в будущее.

Мы будем рады и вашему мнению

      Оставить отзыв