Tại triển lãm hàng không MAKS-2021 vừa qua, Tập đoàn Động cơ Thống nhất của Nga (UEC) đã trình bày một số phát triển đầy hứa hẹn theo các hướng khác nhau. Một trong những triển lãm thú vị nhất của gian hàng là mô hình nhà máy điện hỗn hợp (GSU) đang được phát triển để triển khai trong ngành hàng không. Người ta mong đợi rằng một GSU như vậy sẽ có thể ứng dụng trong các dự án máy bay khác nhau và mang lại hiệu suất cao.
Hướng đi đầy hứa hẹn
Các nhà máy lai dựa trên tuabin khí hoặc động cơ piston kết hợp với các bộ phận điện khác nhau có một số tính năng và lợi thế quan trọng so với các hệ thống truyền thống. Những lợi thế này có thể được sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau, bao gồm. Trong ngành hàng không. Hiện nay, ở một số quốc gia cùng một lúc, việc phát triển các GSU hàng không gồm các thành phần khác nhau đang được thực hiện. Một số dự án đã được đưa ra thử nghiệm trên băng ghế dự bị và thực địa.
Vào tháng 8 năm 2020, UEC của Nga đã khởi động một dự án tương tự. Công ty Cổ phần UEC-Klimov được chỉ định là nhà phát triển chính. Mục tiêu của dự án mới là tạo ra một mạch HSS tuần tự đầy hứa hẹn với công suất hoặc 500 kW. Việc lắp đặt này sẽ dựa trên động cơ turboshaft VK-650V mới nhất.
Đến nay, các giai đoạn đầu của dự án đã được hoàn thành và diện mạo chung của việc lắp đặt đã được xác định. Ngoài ra, một bản mô phỏng đã được thực hiện, được trình chiếu tại triển lãm MAKS-2021 gần đây. Sắp tới sẽ có mô hình trình diễn thử nghiệm trên băng ghế dự bị. Trong những năm tới, nó sẽ đạt công suất tối đa và sẽ cho phép chuyển sang các giai đoạn mới.
Theo UEC, vào năm 2022, một mô hình thử nghiệm của GSU sẽ hiển thị công suất 150 kW và đảm bảo việc xác minh các giải pháp đã đặt ra. Sau đó, nó sẽ được hoàn thiện và các thử nghiệm được lên kế hoạch cho năm 2023 với việc đạt được công suất thiết kế là 500 kW. Dựa trên kết quả của các hoạt động này, vào năm 2024, công việc thiết kế thử nghiệm sẽ bắt đầu tạo ra một GSU chính thức để sử dụng trên máy bay. Nó được lên kế hoạch hoàn thành vào năm 2028.
UEC đã xác định các lĩnh vực áp dụng TCTK đầy hứa hẹn. Hệ thống này có thể được sử dụng trên máy bay cho các tuyến nội hạt, trên trực thăng đa năng hạng nhẹ và trên UAV nặng tới 8 tấn. Nó cũng có thể được sử dụng trên các phương tiện cất cánh thẳng đứng khác nhau, trên "taxi hàng không" đầy hứa hẹn, v.v. Một hệ thống tương tự cho tàu thuyền sẽ được phát triển trên cơ sở GSU hàng không. Nó sẽ phát triển công suất 200-250 kW.
Mock-up nhìn
Tại MAKS-2021, một mô hình của GSU đã được trình diễn trong cấu hình cho một chiếc UAV loại trực thăng với bốn cánh quạt. Các đơn vị lắp đặt được đặt trên một giá đỡ mô phỏng một sản phẩm tương tự. Cách tiếp cận này đối với màn hình giúp bạn có thể đánh giá kích thước của GSU và các đặc điểm của vị trí đặt nó trên máy bay.
Một tổ máy phát tua bin khí nhỏ gọn dựa trên một động cơ hiện có đủ công suất được đặt trên một thân máy bay thông thường. Một bộ pin và các thiết bị điện tử công suất đã được lắp đặt bên cạnh nó. Trên "cánh" được đặt bốn động cơ điện với các cánh quạt. Tất cả các thành phần của GSU được kết nối bằng cáp.
Bố cục phản ánh sơ đồ và thành phần chung của GSU đầy hứa hẹn liên quan đến quadrocopter. Máy bay của các chương trình và lớp học khác sẽ nhận được cài đặt của một thành phần và kiến trúc khác. Vì vậy, có thể sử dụng một số động cơ điện khác nhau, cấu hình pin khác nhau, v.v.
Nguyên tắc hoạt động của GSU mới khá đơn giản. Một động cơ trục turboshaft với một máy phát điện tạo ra năng lượng điện cho các thiết bị điện tử công suất. Cái thứ hai chịu trách nhiệm điều khiển các động cơ điện chịu trách nhiệm cho chuyến bay, và cũng sạc pin. Các chế độ hoạt động của cài đặt từ UEC vẫn chưa được chỉ định.
Khó khăn và thuận lợi
Một nhà máy hybrid dựa trên động cơ trục turboshaft và các bộ phận điện có một số ưu điểm khác biệt so với các hệ thống truyền thống. Đồng thời, cũng có những nhược điểm của các loại. Rõ ràng, cách tiếp cận chính xác đối với thiết kế của chính GSU và lựa chọn máy bay cho nó sẽ cho phép bạn thu được lợi nhuận tối đa với những bất lợi tối thiểu.
Hệ thống tuabin khí bao gồm một số thành phần khác nhau, đó là lý do tại sao nó khác với các hệ thống tuabin khí truyền thống ở độ phức tạp và chi phí cao hơn. Ngoài ra, việc lắp đặt hỗn hợp có tổng khối lượng và khối lượng lớn hơn, điều này đặt ra những hạn chế đối với sự phát triển của tàu sân bay. Đồng thời, các đơn vị GSU không cần kết nối cơ học cứng nhắc với nhau và chúng có thể được đặt cách nhau trên các khối lượng có sẵn, điều này giúp đơn giản hóa việc bố trí máy bay.
Các nhà máy lai có thể cho thấy hiệu quả sử dụng nhiên liệu cao. Để làm được điều này, động cơ trục chân vịt phải hoạt động ở chế độ tối ưu để tiêu thụ nhiên liệu tối thiểu và hệ thống điều khiển được giao nhiệm vụ phân phối điện chính xác giữa động cơ và ắc quy phù hợp với chế độ bay hiện tại. Đồng thời, các đặc điểm khác cũng được cải thiện: tài nguyên phát triển và giảm lượng khí thải độc hại.
Chuyến bay của thiết bị với GSU được thực hiện bằng động cơ điện được điều khiển bằng thiết bị điện tử. Điều này cho phép bạn duy trì hiệu quả hơn chế độ hoạt động cần thiết, cũng như nhanh chóng thay đổi nó có tính đến các điều kiện thay đổi. Đặc biệt, nó sẽ đảm bảo giải phóng nhanh chóng đến công suất tối đa.
Tùy thuộc vào thành phần và các nguyên tắc quản lý, GSU về mặt lý thuyết có khả năng hoạt động ở một số phương thức, bao gồm. mà không cần sử dụng động cơ turboshaft - chỉ do pin. Chế độ này sẽ tăng độ tin cậy và an toàn: trong trường hợp hỏng động cơ chính và máy phát điện, máy bay vẫn có thể tiếp tục chuyến bay của mình.
Kế hoạch cho tương lai
Nhờ lợi thế này hay lợi thế khác, các nhà máy điện lai với các kiến trúc khác nhau có thể tìm được chỗ đứng trong ngành hàng không và đẩy lùi các hệ thống truyền thống. Các TCTK quan tâm đến bối cảnh sự phát triển hơn nữa của máy bay và trực thăng có người lái và không người lái. Tuy nhiên, người ta không nên mong đợi rằng trong một thời gian hợp lý, họ sẽ có thể thay thế hoàn toàn các phương án khác cho các nhà máy điện.
Tiềm năng của TCTK tự nhiên thu hút các nhà phát triển và khách hàng từ các quốc gia khác nhau, và kể từ năm ngoái, ngành công nghiệp Nga đã tham gia chặt chẽ vào chủ đề này. Các công việc đầu tiên đã được thực hiện, các nguyên tắc chung của các dự án triển vọng đã được hình thành và các lĩnh vực ứng dụng của chúng trong tương lai đã được xác định. Ngoài ra, một mô hình của sản phẩm tương lai được hiển thị và các sự kiện cho những năm tương lai được công bố.
Công việc phát triển nhà máy điện 500 kW dựa trên động cơ VK-650V sẽ diễn ra vào năm 2024-28. Vì vậy, đã vào giữa thập kỷ hoặc vào đầu nửa sau của thập kỷ, người ta có thể mong đợi sự xuất hiện của các dự án máy bay hoàn chỉnh đầu tiên cho GSU hàng không nội địa. Các dự án giới thiệu sửa đổi hải quân của nó cũng sẽ phải xuất hiện.
Không biết máy bay và tàu thuyền với một nhà máy điện lai sẽ như thế nào. Tuy nhiên, rõ ràng hướng đi này có tiềm năng rất lớn và cho phép bạn có được những cơ hội rất thú vị. Nó nên được phát triển theo hướng ứng dụng thực tế. Đây là những gì UEC đã làm từ năm ngoái - và nó đã sẵn sàng để đưa ra những kết quả đầu tiên.
