Появление гибридных автомобилей, по сути, уже обычное явление. Теперь инженеры рассматривают аналогичную технологию по отношению к самолётам. Но, как выясняется, здесь разработчиков ожидают значительные проблемы по сравнению с автомобильным направлением. Тем не менее, инженеры аэрокосмического университета штата Иллинойс взялись за разработку, по их мнению, устойчивой альтернативы по отношению к самолётам, летающим на ископаемых видах топлива.
Преимущества обычного и гибридного самолётов
Реактивное топливо и авиационный бензин легко разместить в конструкции самолёта. Преимущественной стороной видится массовая и объёмная теплота при сгорании. Однако фактический процесс горения ископаемого топлива низкоэффективный. Доступна к использованию лишь небольшая часть выделяемой энергии. Но на данный момент другой альтернативы в виде электрических систем — нет.
Размещение в самолёте большого количества батарей, чтобы получить возможность дальнего полёта, видится действием логичным. Но такое решение работает против цели сделать самолёт максимально лёгким. Это существенный барьер, с которым инженерам пришлось столкнуться в процессе проектирования гибридных самолётов. Инновационная технология показывает значительные недостатки, но также демонстрирует сильные преимущества относительно систем сжигания топлива.
Специалисты решили оценить преимущества — использовали серию симуляции моделирования характеристик гибридных электрических аэропланов. Начали с двухмоторного самолёта, оценивая возможности создания гибридной электрической трансмиссии, используя существующие аппаратные средства.
Был создан имитатор лётных характеристик, точно отражающий лётную производительность. Конструкция экспериментальной модели «Tecnam P2006T» в общей миссии включала:
- взлёт,
- подъём,
- пролёт,
- спуск и посадку.
Переходные сегменты также включались в симуляцию на время подъема и спуска, когда используются:
- настройка дроссельной заслонки,
- развертывание заслонки,
- скорость вращения винта,
и другие параметры управления полётом.
После настройки симулятора и сбора данных о производительности базовой линии, в симуляцию была включена параллельная гибридная трансмиссия. Инженерами сравнивалась чувствительность диапазона с экономией топлива до уровня электрификации, удельная плотность энергии аккумуляторов и мощность электродвигателя. Также изучалась чувствительность гибридно-электрической трансмиссии.
Что выяснилось по завершению эксперимента?
Выяснилось, что в целом гибридно-электрическая трансмиссия способна привести к существенному улучшению топливной эффективности подобной конфигурации самолёта. Правда, эти улучшения сильно зависят от связанных колебаний степени электрификации трансмиссии и требуемого диапазона дальности.
Оба эти фактора оказывают влияние на распределение веса аккумуляторных и топливных систем, на масштабирование веса, налагаемое двигателем внутреннего сгорания и компонентами электродвигателя.
В общем, для получения максимальной эффективности использования топлива, гибридная архитектура должна использоваться с такой же эффективной электрификацией трансмиссии, которая допускается в пределах заданного диапазона.
