Время чтения 11 минут
Начало электроавиации
Оптимизированные источники питания, уменьшенный вес конструкций, повышенная эффективность во всем: сразу на трех предприятиях Liebherr началось крупномасштабное исследование электрических систем для воздушных судов. Результаты смогут кардинально изменить авиационную промышленность в ближайшем будущем.
К взлету готовы!
Пилоты в кабине должны быть предельно сконцентрированы. Сейчас в этой роли выступают инженеры кабины-симулятора исследовательского центра Liebherr Aerospace E-Wing в Линденберге, Германия. Под их управлением модель самолета разгоняется и отрывается от земли. Стоит только нажать кнопку, и носовая стойка шасси убирается прямо на глазах пилотов. И все благодаря её расположению: прямо напротив окна кабины.
Чем легче, тем производительней
Команда инженеров и разработчиков под руководством Стефана Пуфе, директора направления Исследований и технологий в Линденберге, сотрудничает с двумя другими командами проекта в Линдау и Тулузе. Исследовательские группы разрабатывают новый курс развития авиации. Он станет началом нового поколения электрических самолетов «MEA» (More Electric Aircraft). Их цель – более легкие, производительные и безопасные для окружающей среды воздушные суда с меньшим количеством труб, валов и кабелей.
Команды уделяют основное внимание роли приводов. Это устройства, которые преобразуют генерируемую центральными гидравлическими системами энергию в механическое движение. Разработчики Liebherr в Линденберге работают над заменой таких систем электромеханическими или электрогидростатическими в будущем. Их могли бы обеспечивать энергией центральные, электрогидравлические, рассчитанные на большие токи узлы Powerpac (540 В постоянного тока).
Исследовательский процесс
‘В центре E-Wing работают пять испытательных стендов для тестирования и мониторинга различных вариантов управляющих приводов: стандартных гидравлических, электрогидравлических и электромеханических’, - рассказывает Стефан Пуфе. Разные конструкции соединены между собой для демонстрации их работы в реальной жизни. Наглядно процессы показаны на модели крыла самолета, где все три типа гидравлических систем работают вместе. Движения спойлеров управляются из кабины-симулятора, откуда можно увидеть, как они замедляют самолет после посадки.
«Золотой блок питания»
Боденское озеро издавна притягивало новаторов авиационной промышленности. Именно здесь в начале 20 века появились первые Цеппелины, а также первые самолеты и дирижабли с цельнометаллической оболочкой. Примерно 100 лет спустя 80 сотрудников предприятия Liebherr-Elektronik GmbH в Линдау (Германия) начали работу над инновациями для авиационной промышленности. Инженеры-электрики, разработчики программного обеспечения, инженеры-механики и инженеры-испытатели сосредоточились на существенном компоненте более электрического самолета «МЕА»: силовой электронике.
Она включает в себя «золотой» блок питания. "Инвертор сконструирован для самолетов с улучшенной силовой электроникой", - объясняет доктор инженерных наук Альфред Энглер, директор департамента технологического развития предприятия Liebherr-Elektronik GmbH. Инвертор обеспечивает подачу постоянного тока высокого напряжения (540 В) на приводы в управляющих поверхностях самолёта и на блоки управления, а также открывает новые возможности для системы кондиционирования самолета. Для обычных воздушных судов стандартом является переменный ток с напряжением 115 В и частотой 400 Гц.
Успешные испытания
В лабораториях исследователи тестируют работу нового оборудования, работающего на токах большой величины, симулируя условия реального полета. Инвертор должен работать даже в самых неблагоприятных ситуациях. Безопасность полета стоит на первом месте, поэтому состояние инвертора тщательно проверяется при сильной вибрации, турбулентности и низких температурах.
Уникальная обстановка для тестирования
Проект GETI по динамическому управлению электропотреблением и температурой в Тулузе возглавляет директор департамента технологического развития Liebherr Aerospace Toulouse SAS Натали Дюкен. Команда Liebherr оптимизирует две основные электрические системы: систему кондиционирования и защиту крыльев от обледенения. Эти разработки также помогут снизить вес и потребление топлива у самолетов «МЕА», а также значительно сократить выбросы углекислого газа в атмосферу.
Чтобы реализовать проект самолета без реактивной тяги, Натали Дюкен и ее команда создали уникальную испытательную платформу под названием “GETI”. «С платформой GETI мы можем определить, какие узлы самолета будущего будут потреблять больше энергии», - говорит Дюкен. Платформа также может воспроизводить электрические и тепловые реакции различных систем. «Разработка электрического воздушного судна ведется на нескольких предприятиях сразу. Так, например, результаты исследований в Линдау уже проходят нашу проверку, а это значит, что мы сможем легко дополнить проект и наработками из Линденберга. Все детали головоломки, от систем крыла самолета и силовой электроники, до системы кондиционирования и управления температурой, собираются вместе. Так получается полная картина, которая помогает оптимизировать необходимую энергию и вес самолета.
Работа всех систем
«В 2016 году на летающих лабораториях ATR72 и A320 проходили лётные испытания электрических систем кондиционирования, которые показали свою конкурентоспособность при создании более электрического самолета», - рассказала Натали Дюкен. Во время интенсивных внутренних проверок и летных испытаний системы наддува и кондиционирования воздуха доказали свою надежность.
«Мы разработали перспективные системы кондиционирования и защиты от обледенения для новых самолетов «МЕА». И результат нас полностью удовлетворил. Теперь пришло время оптимизировать некоторые компоненты и довести систему до ума. Будущее авиации уже здесь, - говорит Натали, - И мы в компании Liebherr стали его частью».
Источники энергии
Для управления самолетами и контроля давления во время полета требуется огромное количество энергии и большая мощность. До сих пор эти действия выполнялись за счет гидравлических или пневматических систем. В самолетах нового поколения эти системы будут все чаще поддерживаться или даже заменяться электрическими аналогами. Поэтому полезно получить более точное представление о традиционных для авиации источниках энергии.
Гидравлика
Этот термин происходит от греческого ‘hydro’ – вода, и ‘aulos’ - трубы. Давление и поток гидравлической жидкости, обычно особого типа минерального масла, используется для передачи энергии и достижения невероятно высоких уровней мощности. Например, гидравлика может менять положение управляющих поверхностей самолета, размер которых сравним с размером амбарных ворот, даже при ураганном ветре всего одним движением ручки управления, которая подает команду через датчики. Недостатком гидравлики является большой вес всех компонентов и трудоемкий процесс установки деталей. Гидравлика должна находится в постоянной готовности, непрерывно обеспечивая номинальное давление, из-за чего значительно повышается расход топлива.
Электрогидравлика
Данный метод управления предполагает подачу электрического импульса и генерацию гидравлического давления только на необходимых узлах. Это позволяет сократить количество необходимых труб и объем используемой жидкости, а также значительно уменьшить расходы. Электрогидравлический привод также поддерживает гидравлические приводы через локальную гидравлическую систему, которая получает энергию от собственного электрического моторно-насосного узла.
Пневматика
Термин «пневматика» происходит от греческого «pneuma» - ветер, и основывается на использовании давления воздуха внутри закрытой системы. В самолетах необходимый воздух выводится из компрессорных ступеней двигателя и поступает через трубы в систему климат-контроля, где температуру контролирует сложная система компрессоров и турбин. Давление регулируется в зависимости от высоты полета. Пассажирские самолеты поднимаются на высоту около 10 060 метров и выше, где давление колеблется от 1000 гПа до 200 гПа. Для пассажиров комфортным давлением считается 700 гПа. Это значение должно поддерживаться на протяжении всего полета.
Финансирование исследования
Проект получил финансирование в рамках соглашения №807081 программы исследований и инноваций Европейского Союза Horizon 2020. Опубликованные результаты программы содержат исключительно авторский взгляд на исследования, и Clean Sky 2 не несет никакой ответственности за написанное.
Проект поддержало Федеральное Министерство экономики и энергетики на основании решения Федерального собрания Германии.
Чтобы гарантировать лучшую читаемость, мы используем только мужскую форму для названий должностей, причем последняя является представителем нейтрального в гендерном отношении обозначения. При этом мы с уважением относимся ко всем гендерным идентичностям.
