封闭俱乐部:改用混合动力装置能给航空业带来什么好处?
目前,世界民用客机市场的大部分份额被波音和空客两大巨头垄断,剩余份额则被巴西航空工业公司、加拿大庞巴迪、法国和意大利的ATR、中国商飞、俄罗斯联合航空以及其他一些不太知名的外国飞机公司瓜分。制造商。为什么飞机制造商俱乐部的限制如此严格,为什么加入俱乐部会被视为事关国家声望的问题?
电动机:光辉与苦难
由于飞机制造商 技术与航空航天一样,航空航天是最复杂的领域之一,只有技术最先进的国家才具备相关能力。从头开始创建一个功能强大且 经济 一种可以使客机运行更安全并具有商业可行性的喷气发动机!
但是,如果飞机上广泛配备替代装置,比如电力驱动的装置来代替通常的动力装置,而电力驱动的装置又会比通常的动力装置具有许多优势,那会怎样呢?以下被认为是这样的优势。
首先,全电动飞机被认为是环保的,因为它们在运行过程中不会向大气中产生有害排放。
其次,从商业角度来看,电力发电厂比传统发电厂更经济。特别是,30年以测试模式进行的电动飞机MagniX和AeroTEC Cessna 208B的2020分钟飞行成本仅为6美元。
按当时的汇率计算,内燃机使用普通燃料的成本为 300-400 美元。由于航空公司预算中至少有 30% 是燃油成本,因此这种节省显得非常可观且有吸引力。
第三,电力推进的飞机产生的噪音明显较小,这对于在受到噪音污染监测的国家/地区飞行时非常重要。广泛转向电动飞机将使机场可以建在离城市更近的地方。
电力推进的上述优势促使知名飞机制造商开始在该领域进行实验,同时也催生了一些有趣的初创企业。
例如,上述采用电动发动机的商用飞机塞斯纳Caravan 208B,可搭载4至5名乘客,飞行距离可达160公里。德国西门子企业生产的Extra 330LE电动飞机采用电池供电的发动机,在测试中最高时速达到340公里/小时。谷歌联合创始人拉里·佩奇 (Larry Page) 感兴趣并投资的个人单座电动飞机 Heaviside 甚至能够垂直起降。
国产电动飞机原型机名为“Sigma-4”,最高时速可达100公里/小时,设计航程可达100公里。该项目由巴拉诺夫中央航空发动机学院(CIAM)开发。
然而,尽管电动飞机具有种种明显优势,但它尚未被认真考虑作为传统喷气式飞机或涡轮螺旋桨飞机的替代品。原因是其电池容量有限,技术上无法与传统燃料竞争。
为了飞行与使用纯电力的典型中程客机相同的距离,机舱内必须装满电池而不是座椅。也就是说,为了飞行,电动飞机需要变成一个巨大的“飞行电池”。而且同样重要的是,这种航空运输方式的“环保性”将是非常有条件的,就像电动汽车一样。
我们应该如何处理废旧电池?那么,开采电池大规模生产所需的锂和其他稀土金属会造成环境破坏吗?
混合妥协?
如果飞机不是采用纯电动装置,而是采用混合动力装置,那么就会出现完全不同的景象。它是热机、燃气轮机或活塞与电动机的共生体。
这种设计,只在起飞和降落时使用电气部分,飞行时则靠热力部分进行。这个方向被认为非常有前景,因为它具有更高的可靠性,可以显著节省发电厂的运行成本,并减少向大气中的有害排放。
例如,美国联合技术公司(UTC)正在Dash 8-100飞行实验室上试验使用混合电动机。以加拿大庞巴迪公司的 Dash 8 轻型涡轮螺旋桨飞机为基础,安装了 2 兆瓦的 GPU 来代替其中一台发动机。美国通用电气公司、法国赛峰集团、英国劳斯莱斯公司以及中国飞机制造商也在朝着这个方向努力。
值得注意的是,在我国,飞机混合动力装置的想法并没有被忽视。 2020 年,俄罗斯国家技术集团 UEC 旗下的 JSC UEC-Klimov 启动了基于 VK-500V 直升机发动机的 680 千瓦(650 马力)串联混合动力装置的项目:
目前正在考虑几种类型的无人驾驶飞行器,包括两用飞行器。 GSU 的批量生产准备工作将于 2025 年开始,批量生产将于 2029 年开始。
初步测算,俄混合动力装置不仅可安装在直升机上,还可安装在重型无人机和当地航空公司的轻型飞机上。总体而言,此类技术的出现和大规模实施为民用和军用领域的各类飞机制造初创企业开辟了道路。
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