Как создают электрические самолеты: авиация будущего
Загрязнение окружающей среды можно предотвратить благодаря инновационным технологическим разработкам в области авиастроения. Первые тестовые модели полностью электрических самолетов уже совершили успешные вылеты. Однако эксперты до сих пор не уверены, является ли это значительным шагом на пути к решению глобальных проблем: мощности современных батарей, увы, пока не хватает для создания воздушных судов без выбросов, поэтому открывается простор для развития технологий водородного, биологического и синтетического топлива. Все эти варианты рассматриваются при разработке нового направления авиации, ориентированного на минимизацию вредных выбросов в атмосферу. Тем не менее, авиастроители и эксперты рынка предсказывают, что появление полностью электрических самолетов – лишь вопрос времени.
За «Чистое небо»
В 2008 году семьдесят представителей авиационной промышленности подписали совместную технологическую инициативу Евросоюза по сохранению экологии воздушного пространства JTI (Joint Technology Initiative). Цель данной инициативы – сокращение уровня шума и выбросов углекислого газа на 50%, оксидов азота – на 80%.
В рамках JTI, частно-государственного партнерства, в состав которого вошли Европейская комиссия, предприятия европейской авиационной промышленности и научные организации, в этом же году стартовал проект Clean Sky, задачей которого является разработка ресурсосберегающего транспорта, сохраняющего окружающую среду. Дальнейшим развитием стал еще более амбициозный проект Clean Sky 2, реализуемый с 2014 года в рамках исследовательской инновационной программы комиссии Horizon 2020. В программу вложены значительные средства – порядка четырех миллиардов евро, 1,75 млрд из которых инвестировала Еврокомиссия и около 2,2 млрд – участники программы.
Основная цель Clean Sky 2 – разработка прорывных технологий, которые позволят сократить выбросы CO2, уменьшить расход топлива и снизить уровень шума на 20–30% по сравнению с самолетами нынешнего поколения. Инновации будут в дальнейшем использоваться при создании нового поколения летательных аппаратов, включая магистральные лайнеры, региональные самолеты, бизнес-джеты, малые воздушные транспортные средства и вертолеты.
В создании проекта Clean Sky 2 активное участие принимает группа компаний Liebherr, которая имеет многолетний опыт разработки и производства продукции для авиакосмической промышленности: систем управления полетом и приводов, систем кондиционирования воздуха, а также шасси, электроники, шестерен и редукторов.
Вклад Liebherr
Группа компаний Liebherr проводит изыскания в области электрических систем для воздушных судов. Работа ведется сразу на трех предприятиях – Liebherr Aerospace Lindenberg, Liebherr Aerospace Toulouse SAS и Liebherr Elektronik. Задачей разработчиков является создание легких, производительных и безопасных для окружающей среды воздушных судов с меньшим количеством труб, валов и кабелей, иными словами – приводов.
Сотрудники Liebherr Aerospace в Линденберге работают над заменой традиционных гидравлических приводов электромеханическими и электрогидравлическими. Недостатком гидравлики, используемой в настоящее время на самолетах для привода управляющих поверхностей (закрылков, руля высоты, руля направления и т.п.), является большой вес всех компонентов и трудоемкость установки деталей. К тому же гидравлика должна находиться в постоянной готовности, непрерывно обеспечивая необходимое давление, из-за чего значительно повышается расход топлива. Создаваемые на замену гидравлическим электрогидравлические приводы подают электрические импульсы и гидравлическое давление только на необходимые узлы в нужный момент времени. Это позволяет сократить количество труб и объем гидравлической жидкости.
На предприятии Liebherr Elektronik в Линдау решается задача по упрощению системы управления самолетом. Для этого инженеры компании внедряют в системы управления высоковольтный блок питания (инвертор), способный выдавать напряжение до 540 вольт (в обычном самолете — всего 115 вольт). Усовершенствованный блок питания позволит в ближайшем будущем использовать для управления самолетом только электроэнергию. Исследователи уже тестируют в лабораториях новое оборудование, работающее на токах большой величины, симулируя условия реального полета: сильную вибрацию, ионизирующее излучение, изменения давления и низкие температуры.
Инженеры Liebherr Aerospace Toulouse SAS оптимизируют две основные электрические системы в самолетах: кондиционирование и защиту крыльев от обледенения. Эти разработки помогут снизить вес и потребление топлива самолетов будущего, а также значительно сократить выбросы углекислого газа в атмосферу. В рамках исследования создана уникальная испытательная платформа GETI. С ее помощью можно определить, какие узлы самолета будут потреблять больше энергии. Это позволяет настроить работу всей системы так, чтобы обеспечить оптимальный расход электроэнергии.
Результаты
На сегодняшний день Clean Sky 2 объединяет 1200 участников из более чем 27 стан мира. Задействованные в проекте компании занимаются разработкой и внедрением инноваций в самых разных направлениях. Это, например, использование более экологичных материалов при изготовлении деталей корпуса самолета, улучшение дизайна воздушных судов с целью снижения их веса, оптимизация систем управления, а также применение новых технологий строительства. В числе таких технологий — 3D-печать, позволяющая благодаря отсутствию заклепок уменьшить количество используемого металла и, как следствие, — вес самолета.
Разработчикам из Liebherr на сегодняшний день удалось решить значительный перечень задач, стоящих на пути к переходу на электрическую авиацию. Так, были созданы новые упрощенные системы управления полетом, позволяющие совмещать гидравлические, электрогидравлические и электромеханические приводы. Это поможет оптимизировать вес самолета и оставить только один источник питания – электричество. В 2016 году в лабораториях, созданных на базе воздушных судов ATR 72 и Airbus A320, прошли летные испытания электрических систем кондиционирования. Испытания позволили получить практические данные о работе инвертора в условиях реального полета. Кроме того, уже в ближайшем будущем планируется внедрить усовершенствованные локальные системы для основных средств управления полетом (заменить традиционные гидравлические приводы электромеханическими и электрогидравлическими).
Благодаря этим и подобным решениям к 2050 году самолеты должны стать на 60% тише и на 75-90% экологичнее.