Закрытый клуб: что дал бы переход авиации на гибридные силовые установки?

На сегодняшний день большую часть мирового рынка гражданских авиалайнеров контролирует дуополия Boeing и Airbus, а остальное делят между собой бразильский Embraer, канадский Bombardier, франко-итальянский ATR, китайский COMAC, а также примкнувшие к ним российская ОАК и некоторые другие менее известные зарубежные авиапроизводители. Почему же клуб авиапроизводителей столь ограничен и войти в него считается делом национального престижа?

Электромотор: блеск и нищета

Потому что авиастроительные технологии, как и аэрокосмические, относятся к самым сложным и только самые технически развитые страны имеют соответствующие компетенции. Поди создай с нуля работающий мощный и экономичный реактивный двигатель, который сделает эксплуатацию пассажирского лайнера безопасной и коммерчески эффективной!

Но что, если вместо привычных силовых установок на самолетах начнут повсеместно устанавливаться альтернативные, скажем, электрические, которые имеют перед ними ряд преимуществ? К таковым преимуществам принято относить следующие.

Во-первых, полностью электрические самолеты считаются экологически безопасными, поскольку не создают вредных выхлопов в атмосферу при своей работе.

Во-вторых, электрическая силовая установка по сравнению с традиционной более экономичная с коммерческой точки зрения. В частности, стоимость 30-минутного полета электросамолета компаний MagniX и AeroTEC Cessna 208B, совершенного в испытательном режиме в 2020 году, составила всего 6 долларов.

При использовании обычного топлива в двигателе внутреннего сгорания пришлось бы отдать уже 300-400 долларов по тогдашнему курсу. Поскольку у воздушных перевозчиков на топливо в расходах закладывается не менее 30% от бюджета, такая экономия выглядит очень существенной и привлекательной.

В-третьих, летательные аппараты с электрической силовой установкой создают значительно меньше шума, что немаловажно при эксплуатации в странах, где следят за «шумовым загрязнением». Повсеместный переход на самолеты с электротягой позволил бы строить аэропорты ближе к городам.

Указанные достоинства электрической силовой установки побудили известных авиапроизводителей начать экспериментировать в этой области, а также породили любопытные стартапы.

Так, например, упомянутый выше коммерческий самолет Cessna Caravan 208B с электрическим двигателем может перевозить 4–5 пассажиров на расстояние до 160 км. Электросамолет Extra 330LE от немецкого концерна Siemens с двигателем на аккумуляторных батареях на испытаниях достиг максимальной скорости 340 км/ч. Персональный одноместный электросамолет Heaviside, которым заинтересовался как инвестор сооснователь Google Ларри Пейдж, способен даже вертикально взлетать и приземляться.

Существует прототип отечественного самолета на электрической тяге под названием «Сигма-4», который развивает максимальную скорость до 100 км/ч и рассчитан на полеты дальностью до 100 км. Данный проект был разработан Центральным институтом авиационного моторостроения имени Баранова (ЦИАМ).

Однако, несмотря на все очевидные преимущества, электросамолеты пока всерьез не рассматриваются в качестве замены обычным реактивным или турбовинтовым лайнерам. Причина заключается в ограниченной емкости их аккумуляторных батарей, которые технологически не способны конкурировать с традиционным топливом.

Чтобы на чисто электрической тяге пролететь расстояние, которое преодолевает обычный среднемагистральный пассажирский самолет, вместо кресел в его салоне придется все заставить штабелями с батареями. То есть, чтобы летать, электросамолету нужно будет превратиться в одну гигантскую «летающую батарейку». Ну и немаловажно то, что «экологичность» такого вида воздушного транспорта будет весьма условной, как и у электрокаров.

Что прикажете делать потом с уже отработанными батареями? И как насчет вреда, причиняемого окружающей среде при добыче лития и иных редкоземельных металлов, нужных при массовом производстве аккумуляторов?

Гибридный компромисс?

Совершенно иная картина складывается, если вместо чисто электрической на самолете будет установлена гибридная силовая установка. Она представляет собой симбиоз теплового двигателя, газотурбинного или поршневого, и электрического.

При такой схеме электрическая часть задействуется только при взлете и посадке, а полет происходит за счет тепловой. Данное направление считается достаточно перспективным из-за большей надежности при существенной экономии работы силовой установки и снижении вредных выбросов в атмосферу.

Например, американская компания United Technologies Corporation (UTC) ведет эксперименты с эксплуатацией гибридного электродвигателя на летающей лаборатории Dash 8-100. На базе легкого турбовинтового самолета Dash 8 канадской компании Bombardier вместо одного из двигателей была установлена ГСУ мощностью 2 МВт. Также работы в этом направлении ведут американская корпорация General Electric, французская Safran, британская Rolls-Royce и китайские авиапроизводители.

Отметим, что и в нашей стране идея гибридной силовой установки для летательных аппаратов не осталась незамеченной. В 2020 году АО «ОДК-Климов», входящее в ОДК госкорпорации «Ростех», инициировало работу над проектом гибридной установки последовательной схемы мощностью 500 кВт (680 л. с.) на базе вертолетного двигателя ВК-650В:

Рассматривается несколько типов беспилотных летательных аппаратов, в том числе двойного применения. Подготовка к серийному производству ГСУ будет инициирована в 2025 году, а запуск серийного производства – в 2029 году.
По предварительным расчетам, российская гибридная силовая установка могла бы устанавливаться не только на вертолетах, но и на тяжелых БПЛА и легких самолетах для местных авиалиний. В общем и целом появление и массовое внедрение подобных технологий открывает дорогу перед различными авиастроительными стартапами в гражданской и военной сферах.

Сергей Маржецкий