Аэрокосмическая промышленность существует уже более 100 лет и постоянно разрабатывает новые технологии, в том числе, ориентированные на решение социальных проблем и защиту окружающей среды. В 2010 году на саммите «Экология и авиация» представители авиационной индустрии поставили цель к 2050 году сократить общую эмиссию авиационного транспорта более чем вдвое. При том, что к указанному сроку прогнозируется трехкратное увеличение объема авиационных перевозок, эмиссия летательного аппарата должна уменьшиться в шесть раз. Согласно Сценарию новой политики МЭА (IEA New Policy Scenario), на авиацию приходится около 15% роста мирового спроса на нефть до 2030 года. Это означает, что к 2030 году на авиацию будет приходиться 3,5% глобальных выбросов CO2, связанных с энергетикой. Это расширение подчеркивает необходимость сокращения выбросов углекислого газа в авиационной отрасли. Однако с учетом того, что, по прогнозам, объем авиаперевозок в ближайшие 15-20 лет увеличится вдвое, уже сейчас необходимо принимать меры, чтобы сделать воздушный транспорт более экологичным. Ведущие производители авиационной техники и двигателей, среди которых Boeing, Airbus, Rolls-Royce, GE, Safran и другие, уже стали рассматривать возможность использования в составе летательных аппаратов гибридных и полностью электрических силовых установок. Привычный самолёт оснащён турбо- (или винтовым) двигателем внутреннего сгорания (ДВС), преобразующим химическую энергию сгорающего топлива в механическую и создающим тягу: силу, толкающую летательный аппарат сквозь поток воздуха. В современном самолёте управление оборудованием (регулировка крыла, выпуск шасси и др.) выполняют электроприводы с питанием от системы электроснабжения и тем самым преобразуют электрическую энергию в механическую. Этот вариант и принято называть частично электрифицированным. «Гибридный самолёт» предполагает силовую установку, совмещённую из разных типов. Она преобразует энергию дважды: сначала в механическую с помощью ДВС, затем в электрическую с помощью генераторов. Электрическая часть «гибрида» упрощённо будет состоять из электродвигателя, электрогенератора, аккумуляторной батареи (АКБ). ДВС при этом использует химическое топливо, в то время как ДВС типичного самолёта питается от авиационного бензина с перспективой его замены в будущем на альтернативное топливо. Как и электромобиль, самолет, работающий частично или полностью на электричестве, будет намного чище, потому что выбросы CO2 при сжигании обычного топлива будут меньше или вообще не будут выделяться. Недавнее исследование, проведенное Департаментом аэрокосмической техники Инженерного колледжа Университета Иллинойса, показало, что силовая установка, использующая трансмиссию с 50-процентной электрической мощностью и имеющая плотность энергии батареи 1000 Вт·ч на килограмм будет производить почти на 50% меньше выбросов CO2 в течение жизненного цикла, чем современный обычный самолет с максимальной дальностью полета, эквивалентной средней дальности полета всех глобальных полетов. Это делает его жизнеспособным вариантом для низкоуглеродной авиации. Используя экологичное авиационное топливо вместо обычного жидкого топлива, можно добиться дальнейшего сокращения выбросов. Гибридный самолет также может помочь сократить выбросы CO2 за счет использования электродвигателей в качестве дополнительного источника тяги во время взлета и набора высоты. Это позволяет использовать реактивные двигатели меньшего размера при полете в крейсерском режиме. Меньший вес этих двигателей приводит к дополнительной экономии топлива и сокращению выбросов CO2. Как ни странно, но об электросамолётах думали конструкторы ещё в первой половине ХХ века. А в начале 2000-х годов разработчики задумались о «полностью электрических самолётах», где основным источником энергии были бы мощные литий-ионные аккумуляторные батареи. Таким должен был стать по задумке летательный аппарат без ДВС, где всё оборудование работает на электроэнергии, а тягу создают мощные электродвигатели с питанием от аккумуляторов. И вот подобные модели стали появляться. Компания Airbus развивает целый ряд инициатив, направленных на борьбу с изменением климата. Они принесут пользу не только авиации, но и другим отраслям. В тесном сотрудничестве с Rolls-Royce и ведущими европейскими университетами (Кембридж, Манчестер, Крэнфилд) с 2012 года она ведет проект по созданию гибридного электрического самолета-демонстратора Е-Thrust.
Источник: https://www.wired.com E-Thrust выставлен на Парижском авиасалоне
Отправной точкой проекта является концепция гибридной газотурбинной силовой установки (ГСУ), работающей совместно с шестью электродвигателями. В рамках данной программы компания Airbus создала самолет Е-Fan. Это двухместный полностью электрический самолет, предназначенный для спортивных тренировок. Также Airbus разрабатывает прототип под названием Vahana, который работает по принципу вертикального взлета и посадки. Это полностью электрический одноместный аппарат с поворотным крылом. На настоящий момент он совершил уже 80 испытательных полетов. Еще один прототип называется CityAirbus. Это полностью электрический четырехместный мультикоптер, первый взлет которого состоялся в мае 2019 года. На Сингапурском авиасалоне, прошедшем в 2020 году, компания показала уменьшенную демонстрационную модель самолета MAVERIC («Модель самолета для проверки и экспериментирования надежных инновационных средств управления», Model Aircraft for Validation and Experimentation of Robust Innovative Controls). Airbus инвестирует в исследования и разработки в различных областях, в том числе в создание более экологичных технологий (включая электроэнергетические), материалов и решений. Результаты могут полностью изменить авиационную отрасль. Также с 2012 года в США реализуется программа Subsonic Ultra Green Aircraft Research (SUGAR), предназначенная для поддержки инновационных идей в сфере электрических технологий. Наиболее известный проект данной программы — самолет-демонстратор Х-57 Maxwell. В таком самолете примерно 70% объема занимают аккумуляторы. В 2017 году впервые продемонстрирован персональный одноместный электросамолёт Heaviside Kitty Haw. Конструкция обеспечивает вертикальный взлёт и посадку по вертолётному принципу на площадке с минимальными размерами 10×10 м. Персональное аэросредство может преодолеть на одном заряде батареи до 160 км. Двухместный электрический самолёт Velis Electro, детище компании Pipistrel, уже прошёл сертификацию Европейского агентства авиационной безопасности (EASA). Сертификация означает запуск в серию летающего аппарата и возможность его эксплуатации в коммерческих целях. В 2020 году компании MagniX и AeroTEC испытали самый большой коммерческий самолет Cessna Caravan 208B с электрическим двигателем. По словам исполнительного директора Роя Ганзарски, самолет может перевозить 4-5 пассажиров на расстояние до 160 км. Компания Siemens запустила самолет Extra 330LE с электродвигателем на аккумуляторных батареях. Аппарат побил рекорд среди аналогов: во время полета в 2017 году он достиг максимальной скорости 340 км/ч. В сентябре 2021 года NASA выделило GE Aviation и magniX $253 млн на разработку электрических двигателей, чтобы к 2035 году внедрить их технологию в воздушный флот США. Boeing инвестирует $450 млн в Wisk Aero, компанию, создающую полностью электрический пассажирский самолет.
Источник: https://www.eviation.com
Электросамолеты Alice, разработанный израильской компанией Aviatio, были заказаны международной компанией экспресс-доставки грузов DHL в количестве 12 штук. Их поставка которых ожидается в 2024 году. Эти самолеты будут использоваться в качестве грузовых, совершающих рейсы на короткие расстояния.
В сентябре 2022 года компания Air Canada разместила заказ на поставку 30 самолетов ES-30 у Шведского производителя электрических самолетов Heart Aerospace. Новая конструкция самолета представляет собой региональный электрический самолет вместимостью 30 пассажиров. Эксперты Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии США прогнозируют возможность появления вскоре гибридного электрического пригородного самолета вместимостью 50–70 мест.
Подобные проекты есть и в России. Ведущую и координирующую роль здесь играет ФГБУ НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского», объединяющий все ведущие научно-исследовательские центры авиационной промышленности — ЦАГИ, ЦИАМ, ГосНИИАС, СибНИА. Для координации работ сформирована комплексная научно-техническая платформа «Электрический ЛА» (летательный аппарат). Каждый из институтов, входящих в НИЦ, работает в рамках своих основных компетенций. ЦАГИ отвечает за новые компоновочные решения, возможности по улучшению аэродинамических качеств, ГосНИИАС — за электрификацию бортового оборудования и системы управления. Особое место в этих работах принадлежит ЦИАМ, так как критические знания и технологии предстоит разрабатывать именно в части силовых установок. На базе института представлена разработка первого отечественного аппарата «Сигма-4». Предполагаемая максимальная дальность полёта 100 км при максимальной скорости 100 км/ч. Всесторонние лётные испытания начались в 2021 году.
Несмотря на то, что при проектировании гибридных и электрических авиационных установок существует ряд существенных проблем, в авиационной отрасли растет уверенность в том, что гибридные и электрические самолеты могут обеспечить существенные преимущества. Множество испытаний и разработок говорят о том, что мы сможем увидеть эти самолеты в полете в течение нескольких лет. Переход на электрические ГСУ ожидается к 2030 году и связан с рядом технологических требований к источникам энергии и весом самих установок. Хотя полностью электрические коммерческие самолеты все еще далеки от широкого использования, разработка гибридно-электрических самолетов, в которых электрификация сочетается с традиционным реактивным топливом, в настоящее время интересна многим весомым компаниям аэрокосмической отрасли. Авиационная промышленность также усердно работает над тем, чтобы сделать следующее поколение самолетов более компактными, легкими и более аэродинамическими, чтобы они сжигали меньше топлива и выделяли меньше CO2.
Москва
