Новый электрический реактивный двигатель действительно работает в атмосфере

В прошлом году группа исследователей из Китая представила новую конструкцию плазменного реактивного двигателя. Хотя сама по себе технология не является новой, эта новая конструкция может предоставить возможность использовать эти двигатели не только в космосе, но и в атмосфере.

Хотя выходная тяга все еще довольно мала по сравнению с обычными атмосферными двигателями, после масштабирования этот новый тип двигателя может оказаться революционным для аэрокосмической промышленности.

Но прежде чем мы рассмотрим эту новую конструкцию, давайте разберемся, как работают плазменные реактивные двигатели.

Что такое плазменный силовой двигатель?

Плазменные двигатели обычно рассматриваются как потенциальная форма движения космических кораблей . Такие двигатели отличаются от двигателей с ионным двигателем, которые генерируют тягу, отбирая ионный ток из своего источника плазмы. Затем эти ионы ускоряются до высоких скоростей с помощью решеток или анодов.

Плазменные двигатели обычно не требуют высоковольтных решеток или анодов / катодов для ускорения заряженных частиц в источнике плазмы, но используют токи и потенциалы, которые генерируются внутри в виде сильноточной электрической дуги между двумя электродами, для ускорения. Это имеет тенденцию приводить к более низкой скорости выхлопа, поскольку для ускорения используется ограниченное напряжение.

Пример работающего плазменного движителя. Источник: МФТИ / Flickr

Тем не менее, с минимальным трением воздуха в космосе или его отсутствием, тяга этих двигателей не должна быть такой высокой. Если постоянное ускорение может наростать месяцами или годами за один раз, можно в конечном итоге достичь очень высокой скорости.

Такие двигатели имеют различные преимущества перед другими видами электрических двигателей. Например, отсутствие высоковольтных сеток анодов снижает риск ионной эрозии сетки.

Еще одно преимущество состоит в том, что выхлоп плазмы называется «квазинейтральным». Это означает, что положительные ионы и электроны существуют в равных количествах, а это означает, что простая ионно-электронная рекомбинация  в выхлопе может  использоваться для тушения выхлопного шлейфа , устраняя необходимость в электронной пушке.

Типичные примеры этих двигателей имеют тенденцию генерировать исходную плазму с использованием различных методов, включая радиочастотную или микроволновую энергию с использованием внешней антенны. Из-за особенностей конструкции этих двигателей в них может использоваться ряд ракетных топлив, включая аргон или двуокись углерода .

Как и следовало ожидать, у этой технологии есть и некоторые недостатки. Главный из них — высокий спрос на энергию, необходимую для их работы .

Например, двигателю VX-200 с регулируемым удельным импульсом магнитоплазменной ракеты ( VASIMR)  требуется электрическая мощность 200 кВт для создания тяги в 5 Н или 40 кВт / Н. Теоретически такая потребность в энергии может быть удовлетворена с помощью реакторов деления на космических кораблях, но добавленный вес может оказаться недопустимым для запуска корабля.

Еще одна проблема — плазменная эрозия. Во время работы плазма может термически разрушать стенки полости двигателя малой тяги и опорной конструкции, что в конечном итоге может привести к отказу системы.

На сегодняшний день такие двигатели действительно полезны только тогда, когда космический корабль находится в космосе. Это связано с относительно низкой тягой, которая не позволяет реально использовать их для вывода корабля на орбиту. В среднем эти ракеты обеспечивают тягу около 4,45 Н.

Источник: Натанаэль Койн / Flickr

Большинство космических агентств разработали плазменные двигательные установки в той или иной форме, включая, помимо прочего, Европейское космическое агентство, Иранское космическое агентство и, конечно же, НАСА.

Были разработаны различные примеры из реальной жизни, которые использовались в некоторых космических полетах. Например, в 2011 году НАСА в партнерстве с Busek запустило первый двигатель на эффекте Холла на борту спутника Tacsat-2.  Они также используются на космическом зонде NASA  Dawn .

Другой пример — вышеупомянутая  магнитоплазменная ракета с переменным удельным импульсом, которую в  настоящее время разрабатывает компания  Ad Astra Rocket .

VASIMR работает с использованием  источника электроэнергии ,  чтобы  ионизировать  с  пропеллент  в плазме. Электрические поля нагревают и ускоряют плазму, в то время как магнитные поля направляют плазму в нужном направлении, когда она выбрасывается из двигателя, создавая тягу для космического корабля.  Теоретически двигатель VASIMR мощностью 200 мегаватт может сократить время путешествия от Земли до Юпитера или Сатурна с шести лет до четырнадцати месяцев, а от Земли до Марса — с 6 месяцев до 39 дней.

Что такого особенного в этом новом китайском плазменном двигателе?

В прошлом году группа китайских инженеров представила рабочий прототип микроволнового двигателя. По словам исследователей, двигатель должен работать в атмосфере Земли с такой же эффективностью и тягой, что и обычные реактивные двигатели.

Плазменные двигатели, обычно использующие благородный газ, например ксенон, не могут применяться в атмосфере Земли, поскольку генерируемые ионы имеют тенденцию терять силу тяги из-за трения с воздухом. Еще одна усугубляющая проблема состоит в том, что существующие образцы создают довольно низкую тягу, которая хороша в космосе, но была бы ничтожно мала на Земле.

Новая конструкция, созданная исследователями из  Института технических наук Уханьского университета, использует воздух и электричество вместо таких газов, как ксенон. Испытания показали, что двигатель способен создавать впечатляющую тягу, которая однажды может найти применение в современных самолетах.

Этот новый плазменный двигатель работает немного аналогично двигателю внутреннего сгорания, в котором плазма генерируется из исходного газа, который затем, в свою очередь, быстро нагревается и расширяется для создания тяги. В  новом двигателе ионизированный воздух используется для создания низкотемпературной плазмы, которая затем подается в трубу с помощью воздушного компрессора.  Когда воздух движется вверх по трубке, он подвергается бомбардировке микроволнами, которые сильно встряхивают ионы, заставляя их сталкиваться с другими неионизированными атомами.

Художественный портрет многомегаваттного  космического корабля ВАСИМР. Источник: Ad Astra Rocket Company / Wikimedia Commons

Этот процесс резко увеличил температуру и давление плазмы, тем самым создавая значительную тягу дальше вниз по трубе.

Удивительное достижение частично достигается за счет использования плоского волновода (прямоугольной металлической трубки), через который фокусируются микроволны. Микроволны, генерируемые специально разработанным магнетроном мощностью 1 кВт, 2,45 ГГц, направляются вниз по направляющей, которая сужается до половины своего первоначального размера по мере приближения к плазме, а затем снова расширяется. Этот процесс увеличивает напряженность электрического поля и оказывает на плазму как можно больше тепла и давления.

Кварцевая трубка также помещается в отверстие в волноводе в самом узком месте.  Воздух проходит через эту трубку, затем проходит через небольшой участок волновода и выходит из другого конца кварцевой трубки.

Когда воздух входит в трубку, он проходит над электродами, которые подвергаются воздействию очень сильного поля. Эта обработка удаляет электроны с некоторых атомов воздуха / газа (в основном азота и кислорода), что создает низкотемпературную плазму низкого давления. Давление воздуха от нагнетателя устройства на входе в трубку затем продвигает плазму вверх по трубке, пока она не попадет в волновод.

Как только плазма попадает в волновод, заряженные частицы начинают колебаться в микроволновом поле, вызывая быстрый нагрев. При этом смесь атомов, ионов и электронов часто сталкивается друг с другом, передавая энергию от ионов и электронов к нейтральным атомам, быстро нагревая плазму.

В результате, как утверждают исследователи, плазма быстро нагревается до более чем 1000 ° C. Истощенная горячая плазма создает пламя, подобное факелу, когда горячий газ выходит из волновода, создавая таким образом тягу.

Насколько мощный новый плазменный двигатель?

Исследователи заметили, что если поток воздуха в компрессоре точно настроен, струя пламени, образующаяся в трубке, удлиняется в ответ на увеличение мощности микроволн. Основываясь на этом наблюдении, исследователи попытались определить количество создаваемой тяги.

Хотя на первый взгляд это звучит относительно просто, в этом есть одна серьезная загвоздка. Плазменная струя под углом в тысячу градусов, создаваемая двигателем, разрушила бы обычный барометр.

Чтобы преодолеть это, команда решила немного нестандартно мыслить. Они изобрели способ уравновесить полый стальной шар на вершине трубы. Этот шар был заполнен стальными шариками меньшего размера, чтобы изменять его вес по мере необходимости. При определенном весе тяга будет такой, что она будет противодействовать гравитационным силам, действующим на шар вниз на выпускном конце трубы, позволяя поднять его на определенную высоту над трубкой.

Схема недавно разработанного плазменного реактивного двигателя.  Источник: Дэн Йе и др. 2 020. 

Используя это измеренное расстояние и вычитая тягу, добавленную компрессором, команда смогла косвенно получить оценку тяги плазменной струи.

Используя этот инновационный, хотя и нетрадиционный метод, команда смогла протестировать устройство в диапазоне уровней мощности и скорости воздушного потока. Как оказалось, им удалось найти линейную зависимость между движущей силой и мощностью микроволн и воздушным потоком.

Более того, технология тоже оказалась довольно эффективной и способной выдавать  движущую силу при потребляемой электрической мощности 400 Вт и 1,45 кубических метров воздуха в час, что составляет 11 Н), что представляет собой преобразование мощности в тягу со скоростью 28 Н / кВт.

Предполагая линейную зависимость между мощностью СВЧ (и потоком воздуха) и выходной мощностью, должно быть возможно использовать батарею Tesla Model S, способную выдавать 310 кВт и превратить это примерно в 8,5 кН движущей силы тяги.

Двигаясь вперед, команда уже ищет способы использовать более сложный и надежный метод для проверки выходной тяги технологии. Они также ищут способы дальнейшего усовершенствования и повышения эффективности двигателя.

При этом все, безусловно, идут в ногу с этой инновационной концепцией плазменного двигателя. Но если бы все было так просто. Конечно, есть несколько серьезных возражений против такого нововведения.

Какой бы захватывающей ни была эта технология, она, вероятно, не сможет найти много покупателей на перспективном рынке eVTOL. Несмотря на то, что технология тише, чем опоры канальных вентиляторов, выхлоп в тысячу градусов может вызвать серьезные проблемы. Другая проблема заключается в том, что, как указывает Ars Technica , «потоки воздуха примерно в 15 000 раз меньше, чем у полноразмерного двигателя. Тяга также должна увеличиваться примерно на четыре порядка.

Некоторые эксперты, просматривающие данные, также указали на странные упущения в имеющихся в настоящее время данных. По какой-то причине (и не приведенной) точки данных не показывают наивысшие уровни мощности микроволн при самых высоких скоростях полета прототипа.

Хотя этот вопрос просто связан с тем, что установка не тестировалась на таких уровнях, это также может указывать на наличие серьезных проблем с двигателем на этих уровнях мощности.

Изображение, показывающее линейную зависимость между шлейфом тяги в кварцевой трубке и потребляемой мощностью. Источник: Дэн Йе и др. 2 020. 

Еще одна проблема будущего такого двигателя — его источник питания. Факт остается фактом: авиационное топливо является очень энергоемким источником топлива. Особенно это касается аккумуляторов (на самом деле где-то в 43 раза больше).

Сравните 28 Н / кВт новых двигателей с двигателями коммерческого Airbus A320, которые вместе развивают около 220 000 Н тяги. Это означает, что для нового двигателя для реактивного самолета сопоставимых размеров потребуется более 7 800 киловатт мощности — примерно столько же, сколько производится  570 единицами Tesla Powerwall 2.

При этом это очень интересная технологическая инновация. Если этот новый плазменный двигатель малой тяги действительно окажется настоящим жизнеспособным и будет масштабируемым, не говоря уже об эффективности, это может означать нечто вроде квантового скачка в авиационных силовых установках, работающих на неископаемом топливе.

Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК

Source:
interesting engineering

Теги: eVTOLИонный двигательИсточники энергииТранспорт

Электроракетный двигатель принцип работы

Электрический ракетный двигатель (электроракетный двигатель) – ракетный двигатель, принцип работы которого основан на преобразовании электрической энергии в направленную кинетическую энергию частиц.

• Электроракетный двигатель, сущность, устройство, принцип работы
• История возникновения электрических ракетных двигателей
• Классификация, типы и виды электрических ракетных двигателей
• Как работают ракетные двигатели?
• Тяга
• Будущее ракетных двигателей
• Основные типы ракетных двигателей
• Источники:

Электроракетный двигатель, сущность, устройство, принцип работы

Принцип работы основан на преобразовании электрической энергии в направленную кинетическую энергию частиц. В таких двигателях в качестве источника энергии для создания тяги используется электрическая энергия бортовой энергоустановки космического аппарата. Электрические ракетные двигатели имеют исключительно высокий удельный импульс, составляющий до 100 км/с и более. Однако большой потребный расход энергии (1-100 кВт/Н тяги) и малое отношение тяги к площади поперечного сечения реактивной струи (не более 100 кН/м2) ограничивают максимальную целесообразную тягу ЭРД несколькими десятками ньютон.

Недостатком электрических ракетных двигателей также является малое ускорение космического аппарата, которое составляет десятые или даже сотые доли ускорения свободного падения (g), что ограничивает применение таких двигателей только космическим пространством. Поэтому для запуска космического аппарата с Земли к другим планетам необходимо комбинировать обычные химические ракетные двигатели с электрическими.

История возникновения электрических ракетных двигателей

Впервые идею использования электрической энергии высказывал К. Э. Циолковский в 1912 г.  В статье «Исследование мировых пространств реактивными приборами» (Вестник воздухоплавания, №9, 1912 г.) он писал: «… с помощью электричества можно будет придавать громадную скорость выбрасываемым из реактивного прибора частицам…»

В 1916-1917 гг. Р. Годдард экспериментально подтвердил реальность осуществления этой идеи. В 1929-1933 гг. под руководством В. П. Глушко был создан один из первых действующих электрических ракетных двигателей. Впоследствии на некоторое время работы по разработке ЭРД были прекращены.

Они возобновились только в конце 1950-х – начале 1960-х гг. и уже к началу 1980-х гг. в СССР и США испытано около 50 различных конструкций электрических ракетных двигателей в составе космических аппаратов и высотных атмосферных зондов. В настоящее время ЭРД широко используются в космических аппаратах: как в спутниках, так и в межпланетных космических аппаратах.

Классификация, типы и виды электрических ракетных двигателей

По принципу действия:

– электротермические (электронагревные) ракетные двигатели,

– электростатические ракетные двигатели,

– электромагнитные ракетные двигатели.

Для каждого типа и вида двигателя используется определенное рабочее тело: газ, жидкость или твердое вещество.

По режиму работы различают стационарные и импульсные электромагнитные ракетные двигатели.

Стационарные электромагнитные ракетные двигатели работают непрерывно. Их разновидностями являются холловские двигатели (двигатели на основе эффекта Холла) и МГД-двигатели.

Импульсные электромагнитные ракетные двигатели работают в режиме кратковременных импульсов длительностью от нескольких микросекунд до нескольких миллисекунд. Варьируя частоту включений двигателя и длительность импульсов, можно получать любые необходимые значения суммарного импульса тяги.

Разновидностями импульсных электромагнитных ракетных двигателей являются пинчевые двигатели, двигатели с бегущей волной, коаксильные и линейные (шинные, рельсовые) двигатели.

На базе указанных основных типов (классов) ЭРД создаются различные промежуточные и комбинированные варианты, в наибольшей степени отвечающих конкретным условиям использования.

Как работают ракетные двигатели?

Освоение космоса — самое удивительное из мероприятий, когда-либо проводимых человечеством. И большую часть удивления составляет сложность. Освоение космоса осложняется массой проблем, которые нужно решить и преодолеть. Например, безвоздушное пространство, проблема с температурой, проблема повторного входа в атмосферу, орбитальная механика, микрометеориты и космический мусор, космическая и солнечная радиация, логистика в условиях невесомости и другое. Но самая сложная проблема — это просто оторвать космический корабль от земли. Здесь не обойтись без ракетного двигателя, поэтому в этой статье мы рассмотрим именно это изобретение человечества.

С одной стороны, ракетные двигатели настолько просто устроены, что за небольшую копейку вы сможете построить ракету самостоятельно. С другой стороны, ракетные двигатели (и их топливные системы) настолько сложны, что доставкой людей на орбиту, по сути, занимаются только три страны мира.

Когда люди задумываются о двигателе или моторе, они думают о вращении. К примеру, бензиновый двигатель автомобиля производит энергию вращения, чтобы двигать колеса. Электродвигатель производит энергию вращения для движения вентилятора или диска. Паровой двигатель делает то же самое, чтобы вращать паровую турбину.

Ракетные двигатели принципиально отличаются. Ракетные двигатели — это реактивные двигатели. Основной принцип движения ракетного двигателя — это знаменитый принцип Ньютона, «на каждое действие есть равное противодействие». Ракетный двигатель выбрасывает массу в одном направлении, а благодаря принципу Ньютона движется в противоположном направлении.

Ракетный двигатель, как правило, выбрасывает массу в форме газа под высоким давлением. Двигатель выбрасывает массу газа в одном направлении, чтобы получить реактивное движение в противоположном направлении. Масса идет от веса топлива, которое сгорает в двигателе ракеты. Процесс горения ускоряет массы топлива так, что они выходят из сопла ракеты на высокой скорости. Тот факт, что топливо превращается из твердого тела или жидкости в процессе сгорания, никак не меняет его массу. Если вы сожжете килограмм ракетного топлива, вы получите килограмм выхлопа в виде горячих газов на высокой скорости. Процесс сжигания ускоряет массу.

Тяга

«Сила» ракетного двигателя называется тягой. Тяга измеряется в ньютонах в метрической системе и «фунтах тяги» в США (4,45 ньютона тяги эквивалентны одному фунту тяги). Фунт тяги — это количество тяги, необходимое для удержания 1-фунтового объекта (0,454 кг) неподвижным относительно силы тяжести Земли. Ускорение земной гравитации составляет 9,8 м/с².

Одной из забавных проблем ракет является то, что топливный вес, как правило, в 36 раз больше полезной нагрузки. Потому что помимо того, что двигателю нужно поднимать вес, этот же вес и способствует собственному подъему. Чтобы вывести крошечного человека в космос, нужна огромная ракета и много-много топлива.

Обычная скорость для химических ракет составляет от 8000 до 16 000 км/ч. Топливо горит около двух минут и вырабатывает 3,3 миллиона фунтов тяги на старте. Три основных двигателя космического шаттла, например, сжигают топливо в течение восьми минут и вырабатывают около 375 000 фунтов тяги каждый в процессе горения.

Будущее ракетных двигателей

Мы привыкли видеть химические ракетные двигатели, которые сжигают топливо для производства тяги. Но есть масса других способов для получения тяги. Любая система, которая способна толкать массу. Если вы хотите ускорить бейсбольный мячик до невероятной скорости, вам нужен жизнеспособный ракетный двигатель. Единственная проблема при таком подходе — это выхлоп, который будет тянуться через пространство. Именно эта небольшая проблема приводит к тому, что ракетные инженеры предпочитают газы горящим продуктам.

Многие ракетные двигатели крайне малы. К примеру, двигатели ориентации на спутниках вообще не создают большую тягу. Иногда на спутниках практически не используется топливо — газообразный азот под давлением выбрасывается из резервуара через сопло.

Новые конструкции должны найти способ ускорить ионы или атомные частицы до высокой скорости, чтобы сделать тягу более эффективной. А пока будем пытаться делать электромагнитные двигатели и ждать, что там еще выкинет Элон Маск со своим SpaceX.

Основные типы ракетных двигателей

Источники:

• втораяиндустриализация.рф
• Пикабу!
• Военное обозрение
• SYL.ru
• мастерок
• FB.ru
• meanders.ru
• bigenc.ru
• Hi-News.ru
• Студопедия
• У Самоделкина
• Asutpp

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 5 чел.
Средний рейтинг: 2.8 из 5.

Разработка электрического реактивного двигателя

Что такое турбореактивный двигатель?

Все начинается с гальванического компрессора. Это вращающийся вентилятор, который вы видите на передней части реактивного двигателя. Этот компрессор вращается и нагнетает воздух под высоким давлением в камеру сгорания. В этой камере топливо смешивается до тех пор, пока не будет достигнуто идеальное соотношение воздух-топливо. В этот момент происходит воспламенение смеси, которая создает выхлопные газы и тягу и продвигает двигатель вперед.

Чтобы продвинуться дальше, вторая турбина (причудливый вентилятор) может быть помещена внутрь выхлопной камеры. Эта турбина соединяется с компрессором с помощью вала, поэтому по мере увеличения тяги, создаваемой выхлопом, количество воздуха, нагнетаемого в систему, также увеличивается, отсюда и название «ТРД». Он работает так же, как турбо на вашем автомобиле, но у него другая форма и он стреляет огромным пламенем сзади!

Что такое электрический реактивный двигатель?

Электрический реактивный двигатель работает по тому же принципу, что и турбореактивный двигатель, за исключением того, что вместо вращения второй турбины для увеличения мощности компрессора он использует электроэнергию. Есть много проблем, которые может создать эта модификация, в основном значительно сниженная долговечность (подумайте о всех электрических компонентах, находящихся в прямом контакте с горящими выхлопными газами!), но краткосрочные результаты могут быть удивительными.

Создание электрического турбореактивного двигателя

На видео в основе конструкции лежат пустые канистры из-под бутана. Это позволяет ему получать грубые металлические формы без какого-либо реального изготовления; ему просто нужно слить воду и разрезать их. После удаления всей краски и добавления нескольких надрезов они готовы к пайке. Пайка — это простой метод соединения металла, аналогичный пайке.

Компрессор, он же вентилятор на впускной стороне двигателя, не подвергается сильному нагреву, поэтому он может спроектировать его в САПР и на 3D-принтере. Он заставил этот компрессор работать как электродвигатель, благодаря чему вся «турбо»-функция происходит в передней части агрегата, а не набирает тягу от выхлопных газов, толкающих турбину в задней части двигателя. Это аккуратное маленькое решение.

С добавлением горения все становится сложнее. Типичный реактивный двигатель использует «кольцевую камеру сгорания» для создания точного соотношения воздуха и топлива и потока. Они имеют сложную форму, которая может быть сложной и может потребовать точечной сварки для изготовления.

Сборка аппарата для точечной сварки с нуля [Не пытайтесь: опасность поражения электрическим током]

Присоединение двух латунных электродов к острогубцам и пропускание через них большого тока НЕ ​​является рекомендуемым способом сварки металла. К счастью, металл, который он сваривает, очень тонкий, а сила тока относительно низкая.

Он добавляет топливо через изогнутую медную трубку, закрывая один конец и добавляя крошечные отверстия для выхода газа. Добавление небольшой искры от газового гриля обеспечивает возгорание и небольшое пламя, которое можно усилить по мере увеличения количества воздуха в топливе.

Собираем все вместе

СВЯТАЯ КОРОВА, эта штука работает! Этот электрический реактивный двигатель издает очень устрашающий рев, несмотря на то, что он такой маленький. Свечение, исходящее из камеры сгорания, — еще один уровень страха. Этот чувак должен быть одет НАМНОГО больше защитной экипировки! Его микрофон был зажарен в процессе. Помидор также постигла участь гризли, но стеклянная посуда, на которой он стоял, стала еще хуже (перейдите на отметку 11:00, чтобы увидеть).

После уничтожения микрофона и помидора электрический турбореактивный двигатель наконец-то прошел испытания. Хотите верьте, хотите нет, но эта маленькая граната действительно производит тягу! Поначалу 300-граммовый двигатель толкает трехкилограммовый скейтборд не так уж сильно. Однако после тонкой настройки впускного отверстия, топливного бака и системы зажигания этот маленький двигатель действительно оживает!

Чтобы увидеть больше таких сумасшедших сборок, посмотрите Integza на YouTube!

Электрический двигатель самолета и принцип его работы

Существует несколько способов приведения самолета в движение.

Несмотря на то, что большинство авиационных двигателей сегодня работают на ископаемом топливе, таком как Jet A, Jet B, Avgas или дизельное топливо, многие читатели могут быть шокированы (каламбур), узнав, что электрические технологии изменят наши представления о двигателях самолетов — и лучше раньше, чем позже.

Фактически, в настоящее время во всем мире разрабатывается около 215 типов самолетов с электрическим приводом, и отраслевые обозреватели говорят, что электрические самолеты станут обычным явлением до конца следующего десятилетия.

Беспилотные авиационные системы (БАС), платформы городской воздушной мобильности (UAM), другие небольшие пассажирские и грузовые самолеты и, в конечном итоге, более крупные коммерческие пассажирские самолеты — все это хорошие кандидаты на электрические и гибридно-электрические силовые установки. Но независимо от того, какую форму примут эти новые самолеты, они будут эффективнее, тише, безопаснее и намного экологичнее, чем самолеты, использующие только традиционные двигатели внутреннего сгорания.

В Honeywell мы применяем свой уникальный опыт, накопленный в портфолио двигателей и энергосистем, и работаем с DENSO, мировым лидером в производстве электродвигателей и контроллеров для автомобильной промышленности, чтобы трансформировать авиационные силовые установки такими, какими мы их знаем. Вместе мы стремимся предоставлять инновационные и интегрированные решения текущим (модернизированным) и будущим (чистым листам) клиентам в быстрорастущем секторе электрических самолетов.

Логический путь к электрическим двигателям

Две ключевые технологии будущего полета имеют долгую историю. Электродвигатели были изобретены в 1830-х годах, а автомобили с батарейным питанием — в 1890-х годах. Их потомки сегодня встречаются в различных отраслях промышленности, в том числе в современных самолетах, которые уже полагаются на электричество для питания авионики, электродистанционных систем, исполнительных и других систем и выполняют задачи, которые когда-то выполнялись механическим оборудованием.

Бортовая электроэнергия вырабатывается главными двигателями и сверхэффективными вспомогательными силовыми установками, которые компания Honeywell изобрела более 50 лет назад. Все это готовит почву для электрических двигателей, которые являются следующим шагом в эволюции к электрическим самолетам.

Когда мы говорим об электрических силовых установках, мы имеем в виду ряд архитектур силовых установок, разработанных для удовлетворения потребностей конкретных самолетов, которые используют электрические двигатели для обеспечения тяги. Не существует «универсального» или «наилучшего» решения без понимания ключевых требований заказчика и профиля миссии самолета.

Компания Honeywell изучила несколько различных архитектур силовых установок — от устаревших двигателей большинства современных самолетов до полностью электрических аккумуляторных решений. В этом континууме существуют различные гибридные архитектуры, в том числе турбоэлектрические, частично турбоэлектрические, последовательно-гибридные, параллельные гибридные и последовательно-параллельные гибридные. Все они по-разному используют электродвигатели как часть общей силовой установки.

Каждая архитектура имеет свои сильные стороны и характеристики, поэтому Honeywell также разработала сложный программный инструмент, который может анализировать компромиссы между весом, дальностью полета, высотой над уровнем моря, скоростью и различным химическим составом аккумуляторов, чтобы помочь производителям самолетов выбрать оптимальное решение, отвечающее их конкретным требованиям.

Как работает электрическая силовая установка

В отличие от силовых установок, построенных исключительно на двигателе внутреннего сгорания, в полностью электрических и гибридно-электрических архитектурах используется электродвигатель. Двигатель может быть единственным источником тяги или его можно использовать в сочетании с обычным двигателем, либо обеспечивая дополнительный источник тяги, либо даже повышая мощность двигательной установки на ключевых этапах полета.

В дополнение к двигателю полностью интегрированная электрическая силовая установка включает в себя другие важные компоненты, такие как аппаратное и программное обеспечение контроллера двигателя, редукторы и системы охлаждения. Эта интегрированная система известна как электрическая силовая установка (EPU), и Honeywell и DENSO разрабатывают современные решения для удовлетворения сегодняшних и будущих потребностей.

В то время как аккумуляторная технология совершенствуется, гибридно-электрическим самолетам потребуются как батареи, так и другие источники энергии, такие как сверхэффективные генераторы или топливные элементы, для питания самолета, перезарядки батарей и повышения безопасности, эффективности и дальности полета самолета.

Производство и преобразование электроэнергии являются основными преимуществами Honeywell, и за последние годы наши инновационные инженерные группы добились огромных успехов в области генераторов. Например, мы разрабатываем турбогенератор мощностью один мегаватт, который может работать на биотопливе, чтобы еще больше сократить выбросы углерода. Кроме того, недавнее приобретение компанией Honeywell компании Ballard Unmanned Systems ставит нас прямо в центр другого важного средства обеспечения энергией: водородных топливных элементов, которые уже используются для выработки электроэнергии для небольших платформ БПЛА класса I и класса II.

Что стоит за партнерством Honeywell и DENSO?

Электрические силовые установки быстро созреют, чтобы удовлетворить потребности развивающегося сегмента беспилотных летательных аппаратов/беспилотных летательных аппаратов, которые навсегда изменят способ передвижения по городу, перевозки грузов в отдаленные места и выполнения многих важных задач, выполняемых сегодня с помощью самолетов, вертолетов и наземных транспортных средств.