Ученые создадут гибридную силовую установку для БПЛА: теперь дроны будут летать в разы дольше
Она позволит увеличить продолжительность полета летательных аппаратов (по сравнению с чисто электрическими), повысить мощность на взлётном режиме, а также снизить стоимость силовой установки, по сравнению с аналогичными по мощности двигателями внутреннего сгорания.
Пресс-служба МАИ пообщалась с одним из участников команды и идеологом проекта – Кириллом Балясным– и узнала все о принципах действия установки.
Как родилась идея создания гибридной силовой установки?
Мысль объединить две силовые установки – электрического двигателя и двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с общим приводом на воздушный винт – пришла мне в процессе разработки и стендовых испытаний компонентов электрической силовой установки (ЭСУ) для одноместного электросамолёта. Основная идея – взять поршневой двигатель с мощностью только для горизонтального полета, а необходимую прибавку мощности для взлёта и набора высоты обеспечить за счет ЭСУ. Работы по гибридной силовой установке (ГСУ) начались нами в мае 2021 года в НИО-203 МАИ при поддержке проректора по научной работе Юрия Александровича Равиковича.
Мы стараемся привлекать к нашей работе как можно больше студентов, приглашая в лабораторию всех интересующихся авиацией и техникой. Ребята получают опыт по проектированию и постройке летательных аппаратов, осваивают станки и инструмент, учатся 3D-моделированию, разработке чертежей.
В каких областях можно будет применять установку? На чём основан принцип действия?
Нашей разработкой интересуются владельцы и производители легких летательных аппаратов как для разработки новых машин под эту ГСУ, так и модернизации существующих.
Цель разработки гибридной силовой установки заключается в увеличении продолжительности полета и использовании ЭСУ для повышения мощности силовой установки на взлетном режиме за счет хороших удельных характеристик электродвигателя, а также снижении стоимости всей силовой установки, по сравнению с аналогичными по мощности ДВС – до 80 лошадиных сил.
Так, если для электросамолета ЭСУ в сборе с тяжелым аккумулятором обеспечивала время полёта 25 минут, то получаемый гибрид при той же массе уже позволяет летать более часа.
На взлетном режиме к работе ДВС подключается электродвигатель, что дополнительно увеличивает мощность. Обе силовых установки имеют общий привод на воздушный винт. В крейсерском полёте работает только ДВС, а электродвигатель в режиме рекуперации заряжает небольшой буферный аккумулятор. Также электродвигатель при отказе ДВС может обеспечить долет до посадочной площадки.
Применяться ГСУ может в беспилотной авиации и для легких пилотируемых самолетов, взлетная масса которых составляет не более 500-600 кг. Также мы создаём задел для работы по более мощным ГСУ, которые могут применятся в многоместных гражданских самолетах. После представления проекта ректору МАИ Михаилу Аслановичу Погосяну в декабре 2021 года была получена рекомендация создания линейки гибридов с разной мощностью для летательных аппаратов разных классов.
Существуют ли аналогичные проекты в мире?
Сейчас в мире существует много проектов летательных аппаратов с ГСУ и отдельных образцов установок, но они пока находятся в стадии экспериментальных изделий. Эксплуатируются гибридные силовые установки только в небольших серийных дронах квадракоптерного и самолетного типа с очень маленькой мощностью. Наш проект идет в ногу со временем. В качестве наших достижений на уровне университетских проектов мы занимаем одно из лидирующих положений в мире, у нас есть летающий демонстратор электросамолета, который уже воплотил часть задач по ГСУ.
Существует несколько схем гибридных силовых установок, самая распространенная – это использование поршневого или газотурбинного двигателя совместно с генератором. Они накапливают энергию в аккумулятор, который подключен к электродвигателю с воздушным винтом. Мы используем общий привод ДВС и электродвигателя на воздушный винт, это позволяет сделать гибридную силовую установку более компактной и легкой.
На какой стадии находятся работы?
Мы провели аналитическую работу, собрали необходимую информацию. Был закуплен отечественный двигатель внутреннего сгорания РМЗ-500 для проведения экспериментов. Создан стенд для испытаний установки. Электродвигатель дорабатывается для получения большей мощности, проводятся его испытания. В изготовлении также находятся детали редуктора.
В ближайшем будущем будет собран ГСУ, начнутся его испытания и доработки. Осенью 2022 года мы планируем провести летные испытания на самолёте-демонстраторе, чтобы ответить на главный вопрос – «А это летает?».
Уже создан задел для дальнейшего развития проекта. В дополнении к ГСУ мы создаем распределённую силовую установку — это несколько небольших электродвигателей с воздушными винтами, которые размещены по передней кромке крыла. Они создают дополнительную подъемную силу, а их питание обеспечивается за счет маршевой ГСУ. Это будет эффективно для летательных аппаратов с укороченным взлетом и посадкой.