ОАК на МАКС-2015 представила инновационные топливные элементы для беспилотников
Объединенная авиастроительная корпорация (ОАК), Институт проблем химической физики РАН и Центральный институт авиационного моторостроения (ЦИАМ) им. П. И. Баранова на международном авиакосмическом салоне МАКС-2015 в Жуковском представили образцы беспилотных летательных аппаратов (БЛА), работающих на инновационных водородно-воздушных топливных элементах.
Летом 2015 года ученые Лаборатории ионики твердого тела Института проблем химической физики РАН провели серию испытательных полетов беспилотников, оснащенных энергоустановкой на водородно-воздушных топливных элементах. Полеты показали, что по ряду параметров отечественные топливные элементы уникальны или превосходят лучшие мировые образцы.
«Данные топливные элементы позволяют беспилотникам находиться в воздухе около сорока часов, они надежны и могут работать в суровых российских погодных условиях, а в ближайшем будущем станут пригодны для использования в условиях Крайнего Севера. Сфера применения водородных топливных элементов очень широка – от энергетики до автомобилестроения. Но именно на беспилотниках наглядно удалось продемонстрировать практическую ценность разработок наших ученых», - отметил вице-президент РАН, директор Института проблем химической физики РАН академик Сергей Алдошин.
«Процесс создания бортовой энергетической установки для перспективных летательных аппаратов, в том числе маршевой силовой установки, на основе высокоэффективных нетрадиционных источников энергии требует решения сложнейших проблем - научных, конструкторских, технологических, материаловедческих, - относящихся к компетенции многих ОКБ, отраслевых и академических институтов. Наш институт как головной научный центр, отвечающий за высокий научно-технический уровень разработок маршевых и вспомогательных авиационных энергоустановок, вместе с коллегами-самолетчиками из ОАК и ЦАГИ, с учеными РАН продолжает поиск перспективных решений», - подчеркнул заместитель генерального директора – научный руководитель ЦИАМ Александр Ланшин.
Современные БЛА в большинстве своем используют либо бензиновые двигатели, что предполагает шум, помехи, вибрацию, повышенную пожароопасность, либо электродвигатели, питающиеся от аккумуляторных батарей. Моторы на электричестве лишены недостатков двигателя внутреннего сгорания, но имеют существенные объективные ограничения по времени полета из-за значительной массы и невысокой энергоемкости аккумуляторов.
Водородно-воздушные топливные элементы, снабжающие двигатель электроэнергией , позволяют объединить достоинства обоих типов БЛА.
У водородно-воздушных топливных элементов есть несколько преимуществ, доказывающих их эффективность. Прежде всего, высокий коэффициент полезного действия - химическая энергия топлива непосредственно превращается в электроэнергию. Кроме того, их долговечность больше, чем у аккумуляторов - средний срок службы топливного элемента достигает 5000 часов. Они также обладают высокой экологичностью - в воздух выделяется лишь водяной пар, не наносящий вреда окружающей среде. Топливные элементы легче и имеют меньшие размеры, чем традиционные источники питания, меньше нагреваются.
«Значительная часть инноваций в отечественных самолетах будет связана с созданием легких и мощных элементов питания нового поколения. Их использование позволит существенно увеличить ресурс маршевых двигателей и добиться экономии топлива как при создании новых воздушных судов, так и при модернизации действующих гражданских лайнеров, а также снизить вес самолета, повысить безопасность и комфортность полетов. Работы проводятся в рамках реализации концепции создания "более электрического самолета"», - отметил директор Научно-технического центра ОАК Владимир Каргопольцев.
Проект выполняется в тесной кооперации РАН с научными и производственными организациями - ЦИАМ, ООО «АФМ-серверс», ЗАО «Аэрокон», ЗАО «НЕЛК», ОАК. Налажен полупромышленный выпуск образцов топливных элементов, полученные технологии планируется использовать при строительстве новых отечественных самолетов.
О концепции «более электрического самолета»
«Электрический самолет» - это самолет с единой централизованной системой управления и энергоснабжения, обеспечивающими все энергетические потребности машины.
Переход к «более», а затем к «полностью электрическому самолету», не только меняет облик отдельных агрегатов и систем, он несет в себе новые принципы управления и контроля энергии. По существу, речь идет о переходе к мехатронным системам, основанным на соединении точной механики с совершенным компьютерным управлением. При этом бортовая энергосистема самолета претерпевает принципиальные изменения.
Создается новая структура энергоисточников, включающая не только тепловые машины, а также накопители энергии (суперконденсаторы), электрохимические генераторы (топливные элементы), аккумуляторы нового поколения, организованные оптимальным способом в бортовой энергоузел. В итоге, обеспечивается оптимальное управление бортовой энергией самолета, и создаются интеллектуальные бортовые сети. Это позволяет существенно (в 1,3-1,5 раза) сократить размерность энергоисточников лайнера.