Pēdējā gaisa izstādē MAKS-2021 Krievijas Apvienotā dzinēju korporācija (UEC) iepazīstināja ar vairākiem daudzsološiem notikumiem dažādos virzienos. Viens no interesantākajiem tā stenda eksponātiem bija hibrīda spēkstacijas (GSU) modelis, kas tika izstrādāts ieviešanai aviācijā. Paredzams, ka šāds GSU spēs atrast pielietojumu dažādos lidaparātu projektos un nodrošināt augstu veiktspēju.
Daudzsološs virziens
Hibrīda iekārtām, kuru pamatā ir gāzturbīna vai virzuļdzinējs kopā ar dažādām elektriskām sastāvdaļām, ir vairākas svarīgas iezīmes un priekšrocības salīdzinājumā ar tradicionālajām sistēmām. Šīs priekšrocības var izmantot dažādās jomās, t.sk. aviācijā. Pašlaik vairākās valstīs vienlaikus tiek izstrādāta dažāda sastāva aviācijas GSU. Daži projekti jau ir pārbaudīti stendos un pārbaudēs.
2020. gada augustā Krievijas UEC uzsāka līdzīgu projektu. AS UEC-Klimov tika iecelts par galveno izstrādātāju. Jaunā projekta mērķis ir izveidot daudzsološu secīgu HSS ķēdi ar jaudu vai 500 kW. Šī instalācija balstīsies uz jaunāko VK-650V turbovārpstas motoru.
Līdz šim projekta sākuma posmi ir pabeigti un ir noteikts instalācijas vispārējais izskats. Turklāt tika izgatavots makets, kas parādīts nesenajā izstādē MAKS-2021. Tuvākajā laikā būs demonstrācijas modelis stenda testēšanai. Nākamajos gados tas sasniegs maksimālo jaudu un ļaus pāriet uz jauniem posmiem.
Saskaņā ar UEC datiem 2022. gadā GSU demonstrācijas modelim vajadzētu uzrādīt 150 kW jaudu un nodrošināt noteikto risinājumu pārbaudi. Tad tas tiks pabeigts, un testi tiks plānoti 2023. gadā, sasniedzot projektēto jaudu 500 kW. Balstoties uz šo darbību rezultātiem, 2024. gadā tiks uzsākts eksperimentāls projektēšanas darbs, lai izveidotu pilnvērtīgu GSU izmantošanai lidmašīnās. To plānots pabeigt 2028. gadā.
UEC jau ir apzinājis daudzsološās GSO piemērošanas jomas. Šo sistēmu var izmantot lidmašīnās vietējām līnijām, vieglos daudzfunkcionālos helikopteros un UAV, kas sver līdz 8 tonnām. To var izmantot arī dažādiem vertikāliem pacelšanās transportlīdzekļiem, daudzsološiem "gaisa taksometriem" utt. Līdzīga sistēma laivām un kuģiem tiks izstrādāta, pamatojoties uz aviācijas GSU. Tas attīstīs jaudu 200-250 kW.
Maketa izskats
MAKS-2021 tika demonstrēts GSU makets helikoptera tipa UAV ar četriem rotoriem konfigurācijā. Instalācijas vienības tika novietotas uz statīva, kas imitēja līdzīgu produktu. Šī pieeja displejam ļauj novērtēt GSU lielumu un iezīmes lidmašīnā.
Uz parastās fizelāžas tika novietots kompakts gāzes turbīnu ģeneratoru komplekts, kura pamatā bija esošs dzinējs ar pietiekamu jaudu. Blakus tika uzstādīts akumulators un jaudas elektronikas bloki. Uz "spārniem" tika novietoti četri elektromotori ar rotoriem. Visas GSU sastāvdaļas tika savienotas ar kabeļiem.
Izkārtojums atspoguļo daudzsološās GSU vispārējo shēmu un sastāvu attiecībā uz kvadrocopteri. Citu shēmu un klašu gaisa kuģiem tiks uzstādīts atšķirīgs sastāvs un arhitektūra. Tātad ir iespējams izmantot atšķirīgu skaitu elektromotoru, dažādas akumulatora konfigurācijas utt.
Jaunā GSU darbības principi ir diezgan vienkārši. Turbo vārpstas dzinējs ar ģeneratoru ģenerē elektroenerģiju spēka elektronikai. Pēdējais ir atbildīgs par elektromotoru kontroli, kas atbild par lidojumu, kā arī uzlādē baterijas. Instalācijas darbības režīmi no UEC vēl nav precizēti.
Grūtības un priekšrocības
Hibrīda rūpnīcai, kuras pamatā ir turbovārpstas dzinējs un elektriskie komponenti, ir vairākas atšķirīgas priekšrocības salīdzinājumā ar tradicionālajām sistēmām. Tajā pašā laikā pastāv arī dažāda veida trūkumi. Acīmredzot pareiza pieeja paša GSU projektēšanai un lidmašīnas izvēlei ļaus jums iegūt maksimālu atdevi ar minimāliem trūkumiem.
Gāzes turbīnu sistēmās ir vairākas atšķirīgas sastāvdaļas, tāpēc tā atšķiras no tradicionālajām gāzturbīnu sistēmām ar lielāku sarežģītību un izmaksām. Turklāt hibrīda instalācijai ir lielāks kopējais tilpums un masa, kas nosaka ierobežojumus pārvadātāja lidmašīnas attīstībai. Tajā pašā laikā GSU vienībām nav nepieciešams stingrs mehānisks savienojums savā starpā, un tās var izvietot pa pieejamiem apjomiem, kas vienkāršo lidmašīnas izkārtojumu.
Hibrīdie augi var parādīt augstu degvielas patēriņa efektivitāti. Lai to izdarītu, turbovārpstas dzinējam jādarbojas optimālos režīmos, kas nodrošina minimālu degvielas patēriņu, un vadības sistēmām ir uzticēts uzdevums pareizi sadalīt elektrību starp motoriem un akumulatoriem saskaņā ar pašreizējo lidojuma režīmu. Tajā pašā laikā tiek uzlabotas arī citas īpašības: resurss pieaug un kaitīgās emisijas tiek samazinātas.
Ierīces lidojumu ar GSU veic elektromotori, kurus kontrolē elektronika. Tas ļauj efektīvāk saglabāt nepieciešamo darbības režīmu, kā arī ātri to mainīt, ņemot vērā mainīgos apstākļus. Jo īpaši tas nodrošinās ātru atbrīvošanu līdz maksimālajai jaudai.
Atkarībā no sastāva un vadības principiem GSU teorētiski spēj darboties vairākos režīmos, t.sk. neizmantojot turbovārpstas motoru - tikai bateriju dēļ. Šis režīms palielinās uzticamību un drošību: galvenā dzinēja un ģeneratora atteices gadījumā lidmašīna varēs turpināt lidojumu.
Plāni nākotnei
Pateicoties vienai vai otrai priekšrocībai, dažādu arhitektūru hibrīda spēkstacijas var atrast vietu aviācijā un izstumt tradicionālās sistēmas. GSO ir interesanti saistībā ar pilotējamo un bezpilota lidaparātu un helikopteru tālāku attīstību. Tomēr, lai gan nevajadzētu gaidīt, ka saprātīgā laikā viņi spēs pilnībā izspiest citas spēkstaciju iespējas.
GSO potenciāls, protams, piesaista izstrādātājus un klientus no dažādām valstīm, un kopš pagājušā gada Krievijas rūpniecība ir cieši iesaistījusies šajā tēmā. Pirmie darbi jau ir veikti, ir izveidoti daudzsološu projektu vispārējie principi un noteiktas to turpmākās piemērošanas jomas. Turklāt tiek parādīts nākotnes produkta modelis un tiek paziņoti notikumi turpmākajiem gadiem.
Attīstības darbi 500 kW elektrostacijā, kuras pamatā ir dzinējs VK-650V, notiks 2024.-28. Tādējādi jau desmitgades vidū vai tās otrās puses sākumā var sagaidīt pirmo pilnvērtīgo gaisa kuģu projektu parādīšanos vietējās aviācijas GSU. Būs jāparādās arī projektiem tās jūras modifikācijas ieviešanai.
Nav zināms, kas būs lidmašīna un laivas ar hibrīda spēkstaciju. Tomēr ir skaidrs, ka šim virzienam ir liels potenciāls un tas ļauj iegūt ļoti interesantas iespējas. Tas jāizstrādā, ņemot vērā praktisko pielietojumu. Tas ir tas, ko UEC dara kopš pagājušā gada - un tas jau ir gatavs parādīt pirmos rezultātus.
