Letecká hybridní elektrárna od UEC
Celkový pohled na rozvržení pro MAKS-2021
Na posledním leteckém dni MAKS-2021 představila ruská United Engine Corporation (UEC) řadu slibných novinek v různých oblastech. Jedním z nejzajímavějších exponátů jejího stánku byl model hybridní elektrárny (HPU), který je vyvíjen pro realizaci v r. letectví. Očekává se, že takový HSU bude schopen najít uplatnění v různých leteckých projektech a bude poskytovat vysoký výkon.
Slibný směr
Hybridní instalace založené na plynové turbíně nebo pístovém motoru spojené s různými elektrickými součástmi mají oproti tradičním architektonickým systémům řadu důležitých vlastností a výhod. Tyto výhody lze využít v různých oblastech, vč. v letectví. V současné době několik zemí současně testuje letecké HCS různého složení. Některé projekty již byly testovány na zkušebním stavu a v plném rozsahu.
V srpnu 2020 zahájila ruská UEC podobný projekt. Hlavním developerem byla jmenována společnost JSC UEC-Klimov. Účelem nového projektu je vytvořit perspektivní okruh řady GSU nebo 500 kW. Taková instalace bude založena na nejnovějším turbohřídelovém motoru VK-650V.
K dnešnímu dni byly dokončeny rané fáze projektu a byl stanoven celkový vzhled zařízení. Kromě toho byla vyrobena maketa, ukázaná na nedávné výstavě MAKS-2021. V blízké budoucnosti bude ukázkový vzorek pro testování na stolici. Během dalších let dosáhne své maximální kapacity a umožní nám přejít na nové etapy.
Turbohřídelový motor a generátor
Podle UEC by v roce 2022 měl demonstrační vzorek GSU vykázat výkon 150 kW a zajistit ověření slibovaných řešení. Poté bude dokončena a testy jsou plánovány na rok 2023, aby bylo dosaženo projektovaného výkonu 500 kW. Na základě výsledků těchto aktivit budou v roce 2024 zahájeny vývojové práce na vytvoření plnohodnotného HCS pro použití v letadlech. Dokončení je plánováno na rok 2028.
UEC již určila rozsah slibného GSU. Tento systém lze použít na letadlech pro místní linky, na lehkých víceúčelových vrtulnících a na UAV do hmotnosti 8 t. Lze jej použít i na různých vozidlech s vertikálním vzletem, pokročilých aerotaxi atd. Na základě leteckého GSU bude podobný systém vyvinut pro čluny a lodě. Vyvine výkon 200-250 kW.
vzhled rozložení
Na MAKS-2021 byl předveden model HSU v konfiguraci pro vrtulník typu UAV se čtyřmi hlavními rotory. Jednotky instalace byly umístěny na stojanu napodobujícím podobný výrobek. Tento přístup k displeji nám umožňuje odhadnout velikost HSU a vlastnosti jeho umístění na letadle.
Na podmíněném trupu bylo umístěno kompaktní soustrojí s plynovou turbínou, vyrobené na bázi stávajícího motoru dostatečného výkonu. Vedle byl instalován bateriový blok a bloky výkonové elektroniky. Na „křídlech“ byly umístěny čtyři elektromotory s rotory. Všechny komponenty HSU byly propojeny kabely.
Jednotky výkonové elektroniky odpovědné za distribuci energie
Uspořádání odráží obecné schéma a složení nadějné GSU ve vztahu ke kvadrokoptéře. Letadla jiných schémat a tříd dostanou instalace jiného složení a architektury. Je tedy možné použít jiný počet elektromotorů, různé konfigurace baterií atd.
Principy fungování nového GSU jsou poměrně jednoduché. Turbohřídelový motor s generátorem vyrábí elektřinu pro výkonovou elektroniku. Ten je zodpovědný za ovládání elektromotorů odpovědných za let a také dobíjí baterie. Provozní režimy instalace z UEC ještě nebyly specifikovány.
Výzvy a výhody
Hybridní instalace založená na turbohřídelovém motoru a elektrických komponentech má oproti tradičním systémům řadu charakteristických výhod. Zároveň existují i nevýhody různého druhu. Je zřejmé, že správný přístup k návrhu samotného GSU a k výběru letadla pro něj vám umožní získat maximální návratnost s minimálními nedostatky.
GSU obsahuje řadu heterogenních součástí, a proto se liší od tradičních systémů plynových turbín větší složitostí a cenou. Hybridní instalace má navíc větší celkový objem a hmotnost, což ukládá omezení pro vývoj nosného letadla. Jednotky HSU zároveň nepotřebují pevné mechanické spojení mezi sebou a lze je oddělit dostupnými objemy, což zjednodušuje uspořádání letadla.
Nabíjecí baterie
Hybridní instalace mohou vykazovat vysokou palivovou účinnost. K tomu musí turbohřídelový motor pracovat v optimálních režimech s minimální spotřebou paliva a řídicí systémy mají za úkol správnou distribuci elektřiny mezi motory a baterie v souladu s aktuálním letovým režimem. Současně se zlepšují i další charakteristiky: zdroj roste a škodlivé emise se snižují.
Let zařízení s GSU je prováděn elektromotory řízenými elektronikou. To vám umožní efektivněji udržovat požadovaný provozní režim a také jej rychle měnit tak, aby vyhovoval měnícím se podmínkám. Zajištěn bude zejména rychlý výjezd na maximální výkon.
V závislosti na složení a principech řízení je HCS teoreticky schopen provozu v několika režimech, vč. bez použití turbohřídelového motoru - pouze na úkor baterií. Tento režim zvýší spolehlivost a bezpečnost: pokud selže hlavní motor a generátor, letadlo bude moci pokračovat v letu.
Plány do budoucna
Díky určitým výhodám mohou hybridní elektrárny různých architektur najít místo v letectví a nahradit tradiční systémy. HCS jsou zajímavé v kontextu dalšího vývoje pilotovaných i bezpilotních letadel a vrtulníků. Nedá se však zatím očekávat, že v rozumné době budou schopny zcela nahradit jiné možnosti elektráren.
Varianta uspořádání GSU dvoumotorového letounu
Potenciál GSU přirozeně přitahuje vývojáře a zákazníky z různých zemí a od loňského roku se tímto tématem úzce zabývá ruský průmysl. Již byly provedeny první práce, byly vytvořeny obecné principy slibných projektů a určeny budoucí oblasti jejich uplatnění. Kromě toho je zobrazena maketa budoucího produktu a jsou oznámeny události pro budoucí roky.
Vývojové práce na 500 kW HPU založeném na motoru VK-650V budou probíhat v letech 2024-28. Již v polovině dekády nebo na začátku její druhé poloviny tak lze očekávat objevení prvních plnohodnotných projektů letadel pro domácí letectví GSU. Budou se muset objevit i projekty na realizaci jeho námořní úpravy.
Jaká budou letadla a lodě s hybridní elektrárnou, není známo. Je však jasné, že tento směr má velký potenciál a umožňuje získat velmi zajímavé příležitosti. Měl by být vyvinut s ohledem na praktickou aplikaci. Přesně to dělá UEC od loňského roku – a už je připravena ukázat první výsledky.
informace