På det sidste MAKS-2021 flyshow præsenterede Russian United Engine Corporation (UEC) en række lovende udviklinger i forskellige retninger. En af de mest interessante udstillinger af dens stand var en model af et hybridkraftværk (GSU), der blev udviklet til implementering inden for luftfart. Det forventes, at en sådan GSU vil kunne finde anvendelse i forskellige flyprojekter og levere høj ydeevne.
Lovende retning
Hybridanlæg baseret på en gasturbine eller stempelmotor kombineret med forskellige elektriske komponenter har en række vigtige funktioner og fordele i forhold til traditionelle systemer. Disse fordele kan bruges på forskellige områder, inkl. inden for luftfart. I øjeblikket gennemføres i flere lande på én gang udviklingen af luftfarts -GSU'er med forskellig sammensætning. Nogle projekter er allerede bragt til bænk- og felttest.
I august 2020 lancerede den russiske UEC et lignende projekt. JSC UEC-Klimov blev udnævnt til hovedudvikler. Målet med det nye projekt er at skabe et lovende sekventielt HSS -kredsløb med en kapacitet eller 500 kW. Denne installation vil være baseret på den nyeste VK-650V turboshaftmotor.
På nuværende tidspunkt er projektets tidlige stadier afsluttet, og installationens generelle udseende er blevet bestemt. Derudover blev der lavet en mock-up, der blev vist på det seneste MAKS-2021-show. I den nærmeste fremtid vil der være en demonstrationsmodel til bænketest. I løbet af de næste år vil den nå sin maksimale kapacitet og tillade overgang til nye faser.
Ifølge UEC skulle en demomodel af GSU i 2022 vise en effekt på 150 kW og sikre verifikationen af de fastlagte løsninger. Derefter afsluttes det, og der planlægges test i 2023 med opnåelse af designkraften på 500 kW. Baseret på resultaterne af disse aktiviteter, i 2024, vil eksperimentelt designarbejde begynde at skabe en fuldgyldig GSU til brug på fly. Det er planlagt at stå færdigt i 2028.
UEC har allerede identificeret anvendelsesområderne for den lovende GSO. Dette system kan bruges på fly til lokale linjer, på lette multifunktionelle helikoptere og på UAV'er, der vejer op til 8 tons. Det kan også bruges på forskellige lodrette startbiler, på lovende "lufttaxier" osv. Et lignende system til både og skibe vil blive udviklet på grundlag af luftfarts -GSU. Det vil udvikle en kapacitet på 200-250 kW.
Mock-up look
På MAKS-2021 blev en demonstration af en GSU demonstreret i en konfiguration til en UAV af helikoptertype med fire rotorer. Enhederne i installationen blev placeret på et stativ, der simulerede et lignende produkt. Denne tilgang til displayet gør det muligt at vurdere størrelsen på GSU og funktionerne ved dens placering på flyet.
Et kompakt gasturbinegeneratorsæt baseret på en eksisterende motor med tilstrækkelig effekt blev placeret på et konventionelt flyskrog. Der blev installeret en batteripakke og strømelektronik -enheder ved siden af. På "vingerne" blev placeret fire elmotorer med rotorer. Alle komponenter i GSU blev forbundet med kabler.
Layoutet afspejler den generelle opbygning og sammensætning af den lovende GSU i forhold til quadrocopter. Fly af andre ordninger og klasser vil modtage installation af en anden sammensætning og arkitektur. Så det er muligt at bruge et andet antal elektriske motorer, forskellige batterikonfigurationer osv.
Principperne for driften af den nye GSU er ret enkle. En turboshaftet motor med en generator genererer elektrisk strøm til effektelektronikken. Sidstnævnte er ansvarlig for at kontrollere de elektriske motorer, der er ansvarlige for flyvningen, og oplader også batterierne. Driftstilstandene for installationen fra UEC er endnu ikke specificeret.
Vanskeligheder og fordele
Et hybridanlæg baseret på en turboshaftmotor og elektriske komponenter har en række særprægede fordele i forhold til traditionelle systemer. Samtidig er der også ulemper af forskellig art. Det er klart, at den korrekte tilgang til selve GSU's design og valg af fly til det giver dig mulighed for at få det maksimale afkast med minimale ulemper.
Gasturbinesystemer indeholder en række forskellige komponenter, hvorfor det adskiller sig fra traditionelle gasturbinesystemer i større kompleksitet og omkostninger. Derudover har hybridinstallationen en større samlet volumen og masse, hvilket pålægger restriktioner for udviklingen af luftfartøjsflyet. På samme tid har GSU -enheder ikke brug for en stiv mekanisk forbindelse med hinanden, og de kan placeres på tværs af de tilgængelige mængder, hvilket forenkler layoutet af flyet.
Hybridanlæg kan vise høj brændstofeffektivitet. For at gøre dette skal turboskaftmotoren fungere i optimale tilstande, der giver et minimalt brændstofforbrug, og kontrolsystemerne har til opgave at distribuere elektricitet korrekt mellem motorerne og batterierne i overensstemmelse med den aktuelle flyvetilstand. Samtidig forbedres også andre egenskaber: ressourcen vokser, og skadelige emissioner reduceres.
Enhedens flyvning med GSU udføres af elektriske motorer, der styres af elektronik. Dette giver dig mulighed for mere effektivt at opretholde den krævede driftsmåde, samt hurtigt at ændre den under hensyntagen til ændrede forhold. Især vil det sikre en hurtig frigivelse til maksimal effekt.
Afhængigt af sammensætning og styringsprincipper er GSU teoretisk set i stand til at fungere i flere tilstande, inkl. uden brug af turboakselmotor - kun på grund af batterier. Denne tilstand øger pålideligheden og sikkerheden: i tilfælde af svigt i hovedmotoren og generatoren vil flyet kunne fortsætte sin flyvning.
Planer for fremtiden
Takket være en eller anden fordel kan hybridkraftværker med forskellige arkitekturer finde et sted i luftfarten og skubbe traditionelle systemer ud. GSO'er er af interesse i forbindelse med den videre udvikling af bemandede og ubemandede fly og helikoptere. Mens man dog ikke skal forvente, at de inden for rimelig tid helt vil kunne fortrænge andre muligheder for kraftværker.
GSO's potentiale tiltrækker naturligvis udviklere og kunder fra forskellige lande, og siden sidste år har den russiske industri været tæt engageret i dette emne. De første arbejder er allerede udført, generelle principper for lovende projekter er dannet, og fremtidige anvendelsesområder er blevet identificeret. Derudover vises en model af det fremtidige produkt, og begivenheder for de kommende år annonceres.
Udviklingsarbejde på et 500 kW kraftværk baseret på VK-650V motoren vil finde sted i 2024-28. Således allerede i midten af årtiet eller i begyndelsen af anden halvdel af det kan man forvente udseendet af de første fuldgyldige flyprojekter for den indenlandske luftfarts-GSU. Projekter til indførelse af dets flådemodifikation skal også fremgå.
Det vides ikke, hvad fly og både med et hybridkraftværk vil være. Det er imidlertid klart, at denne retning har et stort potentiale og giver dig mulighed for at få meget interessante muligheder. Det bør udvikles med henblik på praktisk anvendelse. Dette er, hvad UEC har gjort siden sidste år - og det er allerede klar til at vise de første resultater.
