Elektrikli təyyarə müasir aviasiyaya alternativdirmi?

2024 Müəllif: Seth Attwood | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2023-12-16 15:57

Laynerləri hərəkətə gətirən müasir qaz turbinli (turbofan) mühərrik, əlbəttə ki, bağçılıq alətləri üçün iki vuruşlu deyil, yüksək səmərəli və çox etibarlı bir maşındır. Bununla belə, təyyarə istehsalçılarının fikrincə, daha da təkmilləşdirmək üçün ehtiyatları tükəndirməyə yaxındır.

Niyə mühərriklər var - tikilməkdə olan bütün təyyarələr bir-birinə o qədər bənzəyir ki, yalnız aviasiya mütəxəssisi Boeing və ya Airbus-u Bombardier və ya MS-21-dən dərhal fərqləndirəcək. Qanadları altında iki qaz turbinli mühərriki olan müasir tipli təyyarələrin bizi onilliklər boyu səmada gəzdirəcəyinə zərrə qədər şübhə olmasa da, təyyarələrin yeni quruluşuna və yeni aerodinamikasına böyük ümidlər elektrik mühərriki ilə bağlıdır.

Tez, lakin uzun müddət deyil

Son vaxtlara qədər "elektrikli təyyarə" termini "daha çox elektrik təyyarəsi" kimi başa düşülürdü - mexaniki və hidravlik transmissiyaların maksimum dərəcədə elektriklə əvəz edildiyi sabit qanadlı bir təyyarə.

Artıq borular və kabellər yoxdur - sükanların idarə edilməsi və qanadın mexanikləşdirilməsi kimi bütün mexaniki işlər güc və idarəetmə siqnalı üçün kanalla təchiz edilmiş kiçik elektrik mühərrikləri-ötürücülər tərəfindən yerinə yetirilir. İndi bu termin yeni məna ilə doldu: əsl elektrik təyyarəsi özü elektrik dartma qüvvəsi ilə hərəkət etməlidir.

Əlbəttə ki, elektrik aviasiyasının perspektivləri təkcə təyyarə konstruktorlarından deyil (hətta o qədər də çox deyil) elektrotexnika sahəsindəki irəliləyişdən asılıdır. Axı, təyyarələr, necə deyərlər, "batareyada" mövcuddur. Bir neçə onilliklər əvvəl planerlərdə köməkçi elektrik mühərrikləri quraşdırılmışdı.

İlk dəfə 2016-cı ildə uçan Extra 330LE artıq planerləri daşıyır və sürət rekordları müəyyən edir. Lakin onun 14 güclü litium-ion batareyadan ibarət bloku və Siemens-dən olan elektrik mühərriki bu körpəyə pilot da daxil olmaqla yalnız iki nəfəri göyərtədə götürməyə və 20 dəqiqədən çox olmayan havada qalmağa imkan verir.

Əlavə 330LE

Təbii ki, daha təsir edici göstəriciləri olan layihələr var. Keçən ilin sentyabrında Britaniyanın aşağı büdcəli aviaşirkəti EasyJet on ildən sonra 180 sərnişin tutumuna malik tam elektrik regional laynerini (540 km məsafədə, Avropadaxili uçuşlar üçün kifayət qədər böyükdür) istifadəyə verəcəyini elan etdi.

Artıq iki yerlik uçan nümayişçi hazırlayan Amerika startapı Wright Electric layihənin tərəfdaşı olub. Bununla belə, bu gün ən yaxşı litium-ion batareyalarının enerji sıxlığı karbohidrogen yanacaqlarından daha aşağı səviyyədədir. Güman edilir ki, 2030-cu ilə qədər akkumulyatorlar öz məhsuldarlığını maksimum iki dəfə yaxşılaşdıracaq.

Turbin, qal

Yanacağın kimyəvi enerjisinin yanma prosesini keçərək birbaşa elektrik enerjisinə çevrildiyi yanacaq hüceyrələri ilə bağlı vəziyyət daha sərfəli görünür.

Hidrogen belə bir enerji mənbəyi üçün ən perspektivli yanacaq hesab olunur. Dünyanın müxtəlif ölkələrində elektrik təyyarəsi üçün enerji mənbəyi kimi yanacaq elementləri ilə təcrübələr aparılır (Rusiyada CIAM ilk növbədə belə təyyarələrin yaradılması layihələri üzərində işləyir və onlar üçün yanacaq elementləri IPCP RAS-da yaradılır. professor Yuri Dobrovolskinin rəhbərliyi).

Uçuş və idarə olunan konseptlərdən Avropa nümayişçisi ENFICA-FC Rapid 200FC-ni xatırlamaq olar - o, eyni zamanda həm elektrik batareyalarından, həm də yanacaq elementlərindən istifadə edirdi. Lakin bu texnologiyanın da əhəmiyyətli təkmilləşdirməyə və əlavə tədqiqata ehtiyacı var.

Bu gün üçün ən real perspektivlər hibrid sxem üzrə tikilmiş elektrik təyyarələrinin perspektivləri kimi görünür. Bu o deməkdir ki, təyyarənin pervanesi (pervane və ya propfan) elektrik mühərriki ilə idarə olunacaq, lakin o, qaz turbinli mühərrik (və ya digər daxili yanma mühərriki) tərəfindən fırlanan … generatordan elektrik alacaq. İlk baxışdan belə bir sxem qəribə görünür: onlar GTE-dən elektrik mühərrikinin xeyrinə imtina etmək istəyirlər, lakin bunu etmək niyyətində deyillər.

Artıq dünyada kifayət qədər hibrid layihələr var, lakin biz ilk növbədə Rusiya ilə maraqlanırıq. Elektrikli bir təyyarədə, xüsusən də hibrid sxemlə iş TsAGI və ya TsIAM kimi aviasiya profilinin müxtəlif elmi institutlarında aparılmışdır.

Bu gün bu və bəzi digər qurumlar (2014-cü ildən) sənayenin vahid güclü “beyin etimadı”na çevrilmək üçün nəzərdə tutulmuş “N. Ye. Jukovski adına İnstitut” Araşdırma Mərkəzinin himayəsi altında birləşdirilib. Elektrik aviasiyasına dair bütün işləri mərkəz daxilində birləşdirmək vəzifəsi artıq məqalənin əvvəlində sitat gətirdiyimiz Sergey Qalperinə həvalə edilmişdir.

Batareya ilə işləyən uçuş

"Aviasiyada elektrik mühərriklərinə keçid bir çox maraqlı perspektivlər açır" dedi Sergey Halperin, "lakin sırf kimyəvi enerji mənbələrində Rusiya şərtləri üçün layiqli uçuş məsafəsi olan kommersiya elektrik təyyarəsinin yaradılmasına ümid etmək üçün heç bir səbəb yoxdur (batareyalar və ya yanacaq elementləri) yaxın gələcəkdə: enerji potensialı bir kiloqram kerosin və bir kiloqram batareyada çox fərqlənir. Hibrid dizayn ağlabatan bir kompromis ola bilər. Başa düşmək lazımdır ki, bilavasitə təkan yaradan qaz turbinli mühərriklə generator milini hərəkətə gətirəcək qaz turbinli mühərrik heç də eyni şey deyil.

Fakt budur ki, uçuş zamanı təyyarənin enerji tələbləri əhəmiyyətli dərəcədə dəyişir. Uçuş zamanı təyyarə mühərriki maksimuma yaxın güc inkişaf etdirir və kruiz zamanı (yəni uçuşun çox hissəsi üçün) təyyarənin enerji istehlakı 5-6 dəfə azalır.

Beləliklə, ənənəvi elektrik stansiyası geniş rejimlərdə işləməyi (iqtisadi baxımdan həmişə optimal deyil) və birindən digərinə tez keçməyi bacarmalıdır. Hibrid qurğuda qaz turbinli mühərrikdən belə heç bir şey tələb olunmur. Həmişə eyni, iqtisadi cəhətdən ən sərfəli rejimdə işləyən elektrik stansiyalarının qaz turbinlərinə bənzəyəcək. İllərdir dayanmadan işləyirlər”.

Ce-layner

Generatorun köməyi ilə GTE elektrik mühərriklərini birbaşa enerji ilə təmin etmək, həmçinin akkumulyatorlarda ehtiyat yaratmaq üçün enerji istehsal edə biləcək. Batareyanın köməyinə yalnız uçuş zamanı ehtiyac duyulacaq.

Ancaq elektrik mühərriklərinin uçuş rejimində işləməsi cəmi bir neçə dəqiqə davam edəcəyi üçün enerji ehtiyatı çox böyük olmamalıdır və göyərtədəki batareyalar ölçü və çəki baxımından olduqca məqbul ola bilər. Eyni zamanda, qaz turbinli mühərrikdə heç bir uçuş rejimi olmayacaq - onun işi sakitcə elektrik enerjisi istehsal etməkdir.

Beləliklə, təyyarə mühərrikindən fərqli olaraq, hibrid elektrik təyyarəsində qaz turbinli mühərrik daha az güclü, daha etibarlı və ekoloji cəhətdən təmiz, dizayn baxımından daha sadə olacaq, bu da daha ucuz və nəhayət, daha böyük resursa sahib olacaqdır.

Qanadda üfürmək

Eyni zamanda, elektrik mühərriklərinə keçid gələcəyin mülki təyyarələrinin dizaynında fundamental yeniliklər üçün perspektivlər açır. Ən çox müzakirə olunan mövzulardan biri paylanmış elektrik stansiyalarının yaradılmasıdır.

Bu gün klassik layner sxemi iki itmə tətbiq nöqtəsini, yəni qanadın altındakı dirəklərdə asılmış iki, nadir hallarda dörd güclü mühərriki nəzərdə tutur. Elektrikli təyyarələrdə qanad boyunca, eləcə də uclarında çoxlu sayda elektrik mühərriklərinin yerləşdirilməsi nəzərdə tutulur. Bu niyə lazımdır?

Məsələ yenə uçuş və kruiz rejimləri arasındakı fərqdədir. İnsident axınının aşağı sürətində havaya qalxarkən, bir təyyarə lift yaratmaq üçün geniş bir qanad sahəsinə ehtiyac duyur. Kruiz sürətində geniş qanad maneə törədir və həddindən artıq qaldırma yaradır.

Problem kompleks mexanikləşdirmə sayəsində həll olunur - geri çəkilə bilən qapaqlar və lamellər. Kiçik aerodromlardan havaya qalxan və bunun üçün böyük qanadları olan kiçik təyyarələr optimal olmayan hücum bucağı ilə kruiz etməyə məcbur olurlar ki, bu da əlavə yanacaq sərfiyyatına səbəb olur.

Lakin, uçuş zamanı pervanelere qoşulmuş bir çox elektrik mühərriki əlavə olaraq qanadı üfürərsə, onu çox geniş etmək lazım deyil. Təyyarə qısa bir uçuşla havaya qalxacaq, kruiz bölməsində isə dar qanad problem yaratmayacaq. Avtomobil hərəkətverici mühərriklər tərəfindən idarə olunan pervaneler tərəfindən irəli çəkiləcək və bu mərhələdə qanad boyunca olan pervaneler yerə enməzdən əvvəl qatlanacaq və ya geri çəkiləcəkdir.

Buna misal olaraq NASA-nın X-57 Maxwell layihəsini göstərmək olar. Konseptin nümayiş etdiricisi qanad boyunca və qanadların uclarında yerləşdirilən 14 elektrik mühərriki ilə təchiz olunub. Onların hamısı yalnız uçuş və eniş zamanı işləyir. Kruiz bölməsində yalnız qanad ucu mühərrikləri iştirak edir.

Mühərriklərin belə yerləşdirilməsi bu yerlərdə yaranan burulğanların mənfi təsirini azaltmağa imkan verir. Digər tərəfdən, elektrik stansiyası mürəkkəbdir, yəni ona qulluq etmək daha baha başa gəlir və uğursuzluq ehtimalı da yüksəkdir. Ümumiyyətlə, alimlərin və dizaynerlərin düşünməli olduğu bir şey var.

X-57 Maksvell

Maye azotun çıxarılmasına kömək edəcəkdir

Sergey Halperin deyir: "Elektrikli bir təyyarə optimallaşdırma üçün bir çox imkanlar verir". - Məsələn, çəkmə və itələmə vintlərinin birləşməsi ilə təcrübə edə bilərsiniz. Elektrik mühərrikləri konvertiplanlarda qaz turbinli mühərriklərlə müqayisədə daha üstündür, çünki elektrik mühərrikinin üfüqi mövqeyə təhlükəsiz fırlanması ənənəvi mühərriklərdə olduğu kimi mürəkkəb mühəndislik problemi yaratmır.

Elektrikli bir təyyarədə bütün sistemlərin tam inteqrasiyasını təmin edə, yeni idarəetmə sistemi yarada bilərsiniz. Hətta hibrid avtomobillər də daha az səs-küy və tullantılar çıxaracaq”.

Batareyalar kimi, elektrik mühərrikləri də güc artdıqca kütlə, həcm və istilik yayılması ilə artır. Onları daha güclü və yüngül etmək üçün yeni texnologiyalar tələb olunur.

Hibrid mühərrik sistemlərinin yerli tərtibatçıları üçün əsl sıçrayış dünyanın yüksək temperaturlu super keçiricilik (HTSC) xüsusiyyətlərinə malik materialların beş ən böyük tədarükçüsündən biri olan Rusiyanın SuperOx şirkəti ilə əməkdaşlıq idi. İndi SuperOx superkeçirici materiallardan (maye azotla soyudulmuş) hazırlanmış statorlu elektrik mühərrikləri hazırlayır.

Yaxşı aviasiya xüsusiyyətlərinə malik bu mühərriklər növbəti onilliyin ortalarında səmaya qalxa biləcək regional təyyarə üçün hibrid elektrik stansiyasının əsasını təşkil edəcək. Bu il MAKS aviaşousunda CIAM mütəxəssisləri 10 kVt gücündə belə bir qurğunun nümayiş etdiricisini təqdim etdilər. Planlaşdırılan təyyarə hər biri 500 kVt gücündə iki mühərriki olan hibrid elektrik stansiyası ilə təchiz ediləcək.

Halperin deyir: “Hibrid elektrik təyyarəsi haqqında danışmazdan əvvəl quraşdırmamızı yerdə, sonra isə uçan laboratoriyada sınaqdan keçirmək lazımdır. Ümid edirik ki, bu Yak-40 olacaq. Radar əvəzinə avtomobilin burnuna 500 kilovatlıq HTSC elektrik mühərriki qoya bilərik.

Mərkəzi mühərrikin yerinə quyruqda turbo generator quraşdıracağıq. Qalan iki Yak mühərriki beynimizi geniş hündürlükdə (8000 m-ə qədər) və sürətlərdə (500 km/saata qədər) sınamaq üçün kifayət edəcəkdir. Hibrid quraşdırma uğursuz olsa belə, təyyarə təhlükəsiz uçuşu başa vurub yerə enə bilər”. Nümayiş laboratoriyası 2019-cu ildə plana uyğun təchiz ediləcək. Test dövrü ilkin olaraq 2020-ci ilə planlaşdırılıb.

Ağıllı səmalar

Elektrik və hibrid mühərrik dünyanın ən böyük təyyarə istehsalçılarının planlarında mühüm yer tutur. Bu əsrin ortalarında sərnişin aviasiyasının əsas xüsusiyyətləri AIRBUS şirkətinin Smarter Skies proqramına görə belə görünür.

"Yaşıl" uçuş

Gələcəyin təyyarəsi atmosferdə karbohidrogen izlərini minimuma endirmək üçün dizayn ediləcək. Hidrogen qaz turbinli mühərriklər, hibridlər və akkumulyatorla işləyən tam elektrik təyyarələri populyarlıq qazanacaq.

Ehtimal olunur ki, akkumulyatorlar ekoloji cəhətdən təmiz elektrik enerjisi mənbələrindən doldurulacaq. Aerodromların ərazisində böyük külək stansiyalarının və ya günəş elektrik stansiyalarının görünməsi mümkündür.

Göydə azadlıq

Ağıllı laynerlər hava və atmosfer məlumatlarının təhlili əsasında ətraf mühitə uyğunluq və yanacaq səmərəliliyi parametrləri əsasında müstəqil şəkildə marşrutlar tərtib edəcəklər. Onlar həmçinin quş sürüləri kimi birləşmələrdə toplaşa biləcəklər ki, bu da layda fərdi təyyarələr üçün sürüklənməni azaldacaq və uçuş üçün enerji sərfiyyatını azaldacaq.

Daha doğrusu yerdən

Yeni hərəkətverici sistemlər və təyyarənin aerodinamikası onlara hava limanı ərazisində səs-küyü azaltmaq və təyyarənin optimal iqtisadi xüsusiyyətlərini nümayiş etdirdiyi kruiz səviyyəsinə mümkün qədər tez çatmaq üçün mümkün olan ən sıldırım trayektoriya ilə qalxmağa imkan verəcək.

Mühərriksiz eniş

Gələcəyin təyyarələri sürüşmə rejimində enə biləcək. Bu, yanacağa qənaət edəcək və hava limanı ərazisində səs-küy səviyyəsini azaldacaq. Eniş sürəti də azalacaq. Bu, uçuş-enmə zolaqlarının uzunluğunu qısaldır.

Egzoz yoxdur

Gələcəyin hava limanları yanacaq yandıran daxili yanma mühərriklərinin istifadəsini tamamilə aradan qaldıracaq. Taksi sürmək üçün laynerlər elektrik mühərrikli təkərlərlə təchiz olunacaq. Alternativ olaraq - təyyarələri perrondan uçuş-enmə zolağına və əksinə sürətlə çatdıra biləcək yüksək sürətli pilotsuz elektrik traktorları.