Источник энергии
Водородную начинку «упаковали» в корпус небольшого двухместного самолета российского производства «Сигма-4» — его и покажут на МАКС-2019 (авиасалон пройдет в Жуковском с 27 августа по 1 сентября. — «Известия»). Силовая установка занимает место пассажира. Размах крыльев самолета составляет 9,8 м при длине в 6,2 м, взлетная масса — 600 кг, мощность — 75 Кв, дальность полета — до 300 км.
Разработка, по мнению инженеров, будет полезна в сельском хозяйстве, в санавиации, а также в качестве аэротакси. Созданные для авиации водородные топливные элементы или их модификации применимы для любых других видов транспорта: от кораблей и вездеходов до массовых автомобилей и бытовой техники, включая гаджеты.
В основе конструкции — топливный элемент, устройство, превращающее в электричество энергию реакции водорода с кислородом без горения. Он разработан в Институте проблем химической физики РАН в Черноголовке — ведущей организации проекта по созданию водородного самолета.
— Мы вместе с группой компаний «ИнЭнерджи» создали источник энергии для электрического самолета. Из водорода топливными элементами вырабатывается электричество при относительно невысоких температурах (не более 100 градусов Цельсия), устройство работает по аналогии с обычным аккумулятором, но на водороде, — пояснил «Известиям» руководитель ЦК НТИ «Новые мобильные источники энергии» Юрий Добровольский.
А раз горения топлива не происходит, то нет ни сажи, ни шума, создаваемого обычно тепловыми двигателями — газотурбинными или внутреннего сгорания.
Без шума и пыли
Электрический двигатель водородного самолета вращает воздушный винт, создающий тягу. Силовую установку, включающую двигатель, аккумулятор для форсирования мощности на взлетных режимах, систему управления, а также так называемую обвязку топливного элемента, создали в Центральном институте авиационного моторостроения им. П.И.Баранова.
— Обвязка включает в себя баки для хранения водорода (баллоны), редукторы, расходомеры, топливные магистрали, увлажнитель, системы охлаждения топливного элемента, подготовки и подачи воздуха, включая компрессор, и, наконец, контроля, — рассказал начальник отдела гибридных и электрических силовых установок ЦИАМ им. П.И.Баранова Антон Варюхин.
Силовой электроникой занималась компания «Миландр СМ», уточнил ее генеральный директор Владимир Петров.
На следующем этапе имеющийся планер заменят: для водородного самолета спроектируют и построят специальный корпус, ведь использование водорода открывает новые аэродинамические возможности.
— Можно построить силовую установку самолета рациональнее: вместо одного воздушного винта установить вдоль передней кромки крыла множество небольших. Они, обдувая крыло, улучшат аэродинамику. Получится синергетический эффект, — отметил главный научный сотрудник ЦИАМ им. П.И. Баранова, один из инициаторов применения водородной электрохимической энергии в авиации, Олег Леливанов.
Новое «тело»
По словам Юрия Добровольского, вопрос о проектировании планера уже обсудили с Алексеем Боровковым, проректором по перспективным проектам Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, — под его началом петербургские инженеры разработали и успешно применили передовые технологии при создании президентского автомобиля Aurus.
— Когда разработчики водородного самолета определятся с целевыми показателями, которых они хотят достичь, и существующими ограничениями, инженеры Центра НТИ СПбПУ постараются в кратчайшие сроки (ориентировочно — несколько месяцев) спроектировать корпус уникального водородного самолета, — подтвердил Алексей Боровков.
Сколько в нем будет мест, пока неизвестно.
Накануне открытия МАКСа создатели водородного самолета предполагают провести предварительные летные испытания опытного образца двигателя на самолете «Сигма-4», после чего он будет представлен на статической стоянке авиасалона. Далее предстоит длительный процесс доводки системы и сертификационные испытания самолета. Тем временем в ЦИАМ имени Баранова готовятся испытать созданную здесь силовую установку самолета в полете — но в «урезанном виде», на аккумуляторах. Это ограничивает время полета 15 минутами, на водородном топливном элементе самолет сможет пробыть в воздухе уже час-два.
Эксперты по-разному смотрят на будущее водородной авиации, так как развитие данного вида транспорта возможно лишь при наличии соответствующей инфраструктуры.
На этом акцентировал внимание Валерий Солозобов, заместитель генерального директора КБ «Туполев» по проектированию, НИР и ОКР, один из ведущих разработчиков первого в мире экспериментального самолета пассажирской размерности, который использовал в качестве топлива жидкий водород. Он заметил, что заправок для водородной авиации нет ни в России, ни в других странах, и именно это, на его взгляд, может серьезно затормозить широкое распространение водородных самолетов.
Тем не менее многие эксперты уверены, что нужная инфраструктура появится, когда будут учтены все плюсы новых установок.
— Все ведущие разработчики авиационной техники говорят, что водород — это топливо будущего, — отметил Антон Варюхин.
Олег Селиванов с этим утверждением согласен, но ожидает массового перехода авиакомпаний на водородные самолеты не раньше, чем к середине текущего века.
При этом заместитель генерального директора КБ «Туполев» сообщил, что в знаменитом конструкторском бюро, опираясь на значительный практический опыт и научно-технический задел, недавно начали проектные и поисковые работы по самолетам с гибридной силовой установкой нового поколения.
СПРАВКА «ИЗВЕСТИЙ»
Истоки водородной энергетики в авиации уходят в 1960-е годы, когда американская компания Boeing провела 40-секундный полет с использованием водородного топлива, вытесняемого из бака, что ближе к ракетным, а не к авиационным технологиям, напомнил Валерий Солозобов.
Разработка и испытания самолета на водородном топливе осуществлялись в СССР в 1980-е годы в рамках программы «Холод-2», утвержденной Военно-промышленной комиссией, вспоминает Валерий Солозобов. На базе самолета Ту-154 был создан самолет Ту-155, один из трех двигателей которого работал на жидком водороде.
Разработки начались в 1982–1983 годах, а 15 апреля 1988 года в Жуковском состоялся первый полет Ту-155 на жидком водороде. В 1990 годы российские и немецкие ученые пытались сложить усилия по разработке водородного самолета, но в дальнейшем их пути разошлись.
Теперь же ближайший зарубежный аналог — немецкий водородный самолет HY4 — четырехместный, и уже заявлено о разработке новой 19-местной версии.
Эксперты отмечают, что оба самолета работают на одном физическом принципе — водород не сжигается, а вступает в электрохимическую реакцию с кислородом, давая электроэнергию для вращения винтов, в качестве отходов выделяется только водяной пар. Хотя способ достижения этого результата у каждого из разработчиков свой, да и внешний вид самолетов сильно отличается — немецкий вариант имеет два фюзеляжа с винтом посередине.
По сведениям Олега Селиванова, работы по созданию водородного самолета также идут в США, Италии, Японии и Китае.
Водородную начинку «упаковали» в корпус небольшого двухместного самолета российского производства «Сигма-4» — его и покажут на МАКС-2019 (авиасалон пройдет в Жуковском с 27 августа по 1 сентября. — «Известия»). Силовая установка занимает место пассажира. Размах крыльев самолета составляет 9,8 м при длине в 6,2 м, взлетная масса — 600 кг, мощность — 75 Кв, дальность полета — до 300 км.
Разработка, по мнению инженеров, будет полезна в сельском хозяйстве, в санавиации, а также в качестве аэротакси. Созданные для авиации водородные топливные элементы или их модификации применимы для любых других видов транспорта: от кораблей и вездеходов до массовых автомобилей и бытовой техники, включая гаджеты.
В основе конструкции — топливный элемент, устройство, превращающее в электричество энергию реакции водорода с кислородом без горения. Он разработан в Институте проблем химической физики РАН в Черноголовке — ведущей организации проекта по созданию водородного самолета.
— Мы вместе с группой компаний «ИнЭнерджи» создали источник энергии для электрического самолета. Из водорода топливными элементами вырабатывается электричество при относительно невысоких температурах (не более 100 градусов Цельсия), устройство работает по аналогии с обычным аккумулятором, но на водороде, — пояснил «Известиям» руководитель ЦК НТИ «Новые мобильные источники энергии» Юрий Добровольский.
А раз горения топлива не происходит, то нет ни сажи, ни шума, создаваемого обычно тепловыми двигателями — газотурбинными или внутреннего сгорания.
Без шума и пыли
Электрический двигатель водородного самолета вращает воздушный винт, создающий тягу. Силовую установку, включающую двигатель, аккумулятор для форсирования мощности на взлетных режимах, систему управления, а также так называемую обвязку топливного элемента, создали в Центральном институте авиационного моторостроения им. П.И.Баранова.
— Обвязка включает в себя баки для хранения водорода (баллоны), редукторы, расходомеры, топливные магистрали, увлажнитель, системы охлаждения топливного элемента, подготовки и подачи воздуха, включая компрессор, и, наконец, контроля, — рассказал начальник отдела гибридных и электрических силовых установок ЦИАМ им. П.И.Баранова Антон Варюхин.
Силовой электроникой занималась компания «Миландр СМ», уточнил ее генеральный директор Владимир Петров.
На следующем этапе имеющийся планер заменят: для водородного самолета спроектируют и построят специальный корпус, ведь использование водорода открывает новые аэродинамические возможности.
— Можно построить силовую установку самолета рациональнее: вместо одного воздушного винта установить вдоль передней кромки крыла множество небольших. Они, обдувая крыло, улучшат аэродинамику. Получится синергетический эффект, — отметил главный научный сотрудник ЦИАМ им. П.И. Баранова, один из инициаторов применения водородной электрохимической энергии в авиации, Олег Леливанов.
Новое «тело»
По словам Юрия Добровольского, вопрос о проектировании планера уже обсудили с Алексеем Боровковым, проректором по перспективным проектам Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, — под его началом петербургские инженеры разработали и успешно применили передовые технологии при создании президентского автомобиля Aurus.
— Когда разработчики водородного самолета определятся с целевыми показателями, которых они хотят достичь, и существующими ограничениями, инженеры Центра НТИ СПбПУ постараются в кратчайшие сроки (ориентировочно — несколько месяцев) спроектировать корпус уникального водородного самолета, — подтвердил Алексей Боровков.
Сколько в нем будет мест, пока неизвестно.
Накануне открытия МАКСа создатели водородного самолета предполагают провести предварительные летные испытания опытного образца двигателя на самолете «Сигма-4», после чего он будет представлен на статической стоянке авиасалона. Далее предстоит длительный процесс доводки системы и сертификационные испытания самолета. Тем временем в ЦИАМ имени Баранова готовятся испытать созданную здесь силовую установку самолета в полете — но в «урезанном виде», на аккумуляторах. Это ограничивает время полета 15 минутами, на водородном топливном элементе самолет сможет пробыть в воздухе уже час-два.
Эксперты по-разному смотрят на будущее водородной авиации, так как развитие данного вида транспорта возможно лишь при наличии соответствующей инфраструктуры.
На этом акцентировал внимание Валерий Солозобов, заместитель генерального директора КБ «Туполев» по проектированию, НИР и ОКР, один из ведущих разработчиков первого в мире экспериментального самолета пассажирской размерности, который использовал в качестве топлива жидкий водород. Он заметил, что заправок для водородной авиации нет ни в России, ни в других странах, и именно это, на его взгляд, может серьезно затормозить широкое распространение водородных самолетов.
Тем не менее многие эксперты уверены, что нужная инфраструктура появится, когда будут учтены все плюсы новых установок.
— Все ведущие разработчики авиационной техники говорят, что водород — это топливо будущего, — отметил Антон Варюхин.
Олег Селиванов с этим утверждением согласен, но ожидает массового перехода авиакомпаний на водородные самолеты не раньше, чем к середине текущего века.
При этом заместитель генерального директора КБ «Туполев» сообщил, что в знаменитом конструкторском бюро, опираясь на значительный практический опыт и научно-технический задел, недавно начали проектные и поисковые работы по самолетам с гибридной силовой установкой нового поколения.
СПРАВКА «ИЗВЕСТИЙ»
Истоки водородной энергетики в авиации уходят в 1960-е годы, когда американская компания Boeing провела 40-секундный полет с использованием водородного топлива, вытесняемого из бака, что ближе к ракетным, а не к авиационным технологиям, напомнил Валерий Солозобов.
Разработка и испытания самолета на водородном топливе осуществлялись в СССР в 1980-е годы в рамках программы «Холод-2», утвержденной Военно-промышленной комиссией, вспоминает Валерий Солозобов. На базе самолета Ту-154 был создан самолет Ту-155, один из трех двигателей которого работал на жидком водороде.
Разработки начались в 1982–1983 годах, а 15 апреля 1988 года в Жуковском состоялся первый полет Ту-155 на жидком водороде. В 1990 годы российские и немецкие ученые пытались сложить усилия по разработке водородного самолета, но в дальнейшем их пути разошлись.
Теперь же ближайший зарубежный аналог — немецкий водородный самолет HY4 — четырехместный, и уже заявлено о разработке новой 19-местной версии.
Эксперты отмечают, что оба самолета работают на одном физическом принципе — водород не сжигается, а вступает в электрохимическую реакцию с кислородом, давая электроэнергию для вращения винтов, в качестве отходов выделяется только водяной пар. Хотя способ достижения этого результата у каждого из разработчиков свой, да и внешний вид самолетов сильно отличается — немецкий вариант имеет два фюзеляжа с винтом посередине.
По сведениям Олега Селиванова, работы по созданию водородного самолета также идут в США, Италии, Японии и Китае.