Centrale hybride aéronautique de l'UEC

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Lors du dernier salon aéronautique MAKS-2021, la Russian United Engine Corporation (UEC) a présenté un certain nombre de développements prometteurs dans différentes directions. L'une des expositions les plus intéressantes de son stand était un modèle de centrale électrique hybride (GSU) en cours de développement pour une mise en œuvre dans l'aviation. On s'attend à ce qu'un tel GSU puisse trouver une application dans divers projets d'avions et fournir des performances élevées.

Orientation prometteuse

Les installations hybrides basées sur une turbine à gaz ou un moteur à pistons couplées à divers composants électriques présentent un certain nombre de caractéristiques et d'avantages importants par rapport aux systèmes traditionnels. Ces avantages peuvent être utilisés dans divers domaines, incl. en aéronautique. Actuellement, dans plusieurs pays à la fois, le développement de GSU aéronautiques de composition différente est en cours. Certains projets ont déjà fait l'objet d'essais au banc et sur le terrain.

En août 2020, l'UEC russe a lancé un projet similaire. JSC UEC-Klimov a été nommé développeur principal. L'objectif du nouveau projet est de créer un circuit HSS séquentiel prometteur d'une capacité de 500 kW. Cette installation sera basée sur le dernier turbomoteur VK-650V.

À ce jour, les premières étapes du projet sont terminées et l'aspect général de l'installation a été déterminé. De plus, une maquette a été réalisée, présentée lors du récent salon MAKS-2021. Dans un avenir proche, il y aura un modèle de démonstration pour les tests sur banc. Au cours des prochaines années, il atteindra sa capacité maximale et permettra le passage à de nouvelles étapes.

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Selon l'UEC, en 2022, un modèle de démonstration du GSU devrait montrer une puissance de 150 kW et assurer la vérification des solutions prévues. Il sera ensuite finalisé, et des tests sont prévus en 2023 avec l'atteinte de la puissance nominale de 500 kW. Sur la base des résultats de ces activités, en 2024, les travaux de conception expérimentale commenceront pour créer un GSU à part entière destiné à être utilisé sur des aéronefs. Il devrait être achevé en 2028.

L'UEC a déjà identifié les domaines d'application du prometteur GSO. Ce système peut être utilisé sur des avions pour les lignes locales, sur des hélicoptères polyvalents légers et sur des drones pesant jusqu'à 8 tonnes, il peut également être utilisé sur divers véhicules à décollage vertical, sur des "air-taxis" prometteurs, etc. Un système similaire pour les bateaux et les navires sera développé sur la base du GSU de l'aviation. Il développera une capacité de 200-250 kW.

Aspect maquette

À MAKS-2021, une maquette d'un GSU a été présentée dans une configuration pour un drone de type hélicoptère à quatre rotors. Les unités de l'installation ont été placées sur un stand simulant un produit similaire. Cette approche de l'affichage permet d'évaluer la taille du GSU et les caractéristiques de son placement sur l'avion.

Un groupe électrogène à turbine à gaz compact basé sur un moteur existant de puissance suffisante a été placé sur un fuselage conventionnel. Une batterie et des unités électroniques de puissance ont été installées à côté. Sur les "ailes" étaient placés quatre moteurs électriques à rotors. Tous les composants du GSU étaient reliés par des câbles.

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La disposition reflète le schéma général et la composition du GSU prometteur par rapport au quadricoptère. Les avions d'autres schémas et classes recevront une installation d'une composition et d'une architecture différentes. Ainsi, il est possible d'utiliser un nombre différent de moteurs électriques, différentes configurations de batteries, etc.

Les principes de fonctionnement du nouveau GSU sont assez simples. Un turbomoteur avec un générateur génère de l'énergie électrique pour l'électronique de puissance. Ce dernier est chargé de contrôler les moteurs électriques chargés du vol, et recharge également les batteries. Les modes de fonctionnement de l'installation de l'UEC ne sont pas encore précisés.

Difficultés et avantages

Une usine hybride basée sur un turbomoteur et des composants électriques présente un certain nombre d'avantages distinctifs par rapport aux systèmes traditionnels. Dans le même temps, il existe également des inconvénients de diverses natures. De toute évidence, l'approche correcte de la conception du GSU lui-même et de la sélection de l'avion pour celui-ci vous permettra d'obtenir le rendement maximal avec un minimum d'inconvénients.

Les systèmes de turbine à gaz comprennent un certain nombre de composants différents, c'est pourquoi ils diffèrent des systèmes de turbine à gaz traditionnels par une complexité et un coût plus élevés. De plus, l'installation hybride a un volume total et une masse plus importants, ce qui impose des restrictions sur le développement de l'avion porteur. Dans le même temps, les unités GSU n'ont pas besoin d'une connexion mécanique rigide les unes avec les autres, et elles peuvent être espacées sur les volumes disponibles, ce qui simplifie la disposition de l'avion.

Centrale hybride aéronautique de l'UEC
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Les centrales hybrides peuvent afficher un rendement énergétique élevé. Pour ce faire, le turbomoteur doit fonctionner dans des modes optimaux qui donnent une consommation de carburant minimale, et les systèmes de contrôle sont chargés de répartir correctement l'électricité entre les moteurs et les batteries en fonction du mode de vol actuel. Parallèlement, d'autres caractéristiques sont également améliorées: la ressource augmente et les émissions nocives sont réduites.

Le vol de l'appareil avec le GSU est effectué par des moteurs électriques contrôlés par l'électronique. Cela vous permet de maintenir plus efficacement le mode de fonctionnement requis, ainsi que de le modifier rapidement en tenant compte des conditions changeantes. En particulier, il assurera une libération rapide à puissance maximale.

Selon les principes de composition et de gestion, le GSU est théoriquement capable de fonctionner selon plusieurs modes, incl. sans l'utilisation d'un turbomoteur - uniquement grâce aux batteries. Ce mode augmentera la fiabilité et la sécurité: en cas de panne du moteur principal et de la génératrice, l'avion pourra poursuivre son vol.

Projets pour l'avenir

Grâce à l'un ou l'autre avantage, les centrales hybrides d'architectures différentes peuvent trouver leur place dans l'aviation et évincer les systèmes traditionnels. Les OSG présentent un intérêt dans le contexte du développement ultérieur des aéronefs et hélicoptères avec et sans pilote. Cependant, même s'il ne faut pas s'attendre à ce que, dans un délai raisonnable, ils soient en mesure de remplacer complètement d'autres options pour les centrales électriques.

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Le potentiel du GSO attire naturellement des développeurs et des clients de différents pays, et depuis l'année dernière, l'industrie russe s'est étroitement engagée sur ce sujet. Les premiers travaux ont déjà été réalisés, les principes généraux des projets prometteurs ont été élaborés et les futurs domaines d'application ont été identifiés. De plus, un modèle du futur produit est présenté et des événements pour les années à venir sont annoncés.

Les travaux de développement d'une centrale électrique de 500 kW basée sur le moteur VK-650V auront lieu en 2024-2028. Ainsi, déjà au milieu de la décennie ou au début de la seconde moitié de celle-ci, on peut s'attendre à l'apparition des premiers projets d'avions à part entière pour l'aviation nationale GSU. Des projets pour l'introduction de sa modification navale devront également apparaître.

On ne sait pas ce que seront les avions et les bateaux équipés d'une centrale hybride. Cependant, force est de constater que cette direction a un grand potentiel et permet d'obtenir des opportunités très intéressantes. Il doit être développé en vue d'une application pratique. C'est ce que fait l'UEC depuis l'année dernière - et elle est déjà prête à montrer les premiers résultats.

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