«Зелёный» полёт
«Аэрофлот» обещает стать первой в России авиакомпанией, которая перейдёт на «зелёное» топливо. «Газпром нефть» и «Аэрофлот» планируют совместно создать производство авиационного топлива на основе растительного сырья, с помощью которого в перспективе можно будет снизить выбросы углекислого газа на величину до 80%. Новую продукцию предстоит адаптировать для воздушных судов различных видов.
Тема производства нового вида авиатоплива, полностью отвечающего международным стандартам экологической безопасности, сегодня в моде во многих странах, особенно европейских. На наш взгляд это не лучший способ охраны окружающей среды.
Оптимизация бизнеса по одному параметру, а именно по получаемой прибыли, уже привела нас к ситуации, когда природа и даже климат сильно страдают от человеческой деятельности. Возьмём ту же авиацию. За последние десятилетия были разработаны и изготовлены совершенные широкофюзеляжные авиалайнеры, перевозящие за раз по три сотни и более пассажиров. Нет сомнений, удельный расход горючего на человеко-километр полёта сократился. Но дьявол, как говорится, кроется в деталях.
Огромные аэропорты, способные принимать широкофюзеляжные лайнеры, ежесуточно пропуская огромное количество пассажиров, близко к городу не построишь. И хотя люди летают в комфортных условиях и в принципе недорого, они тратят много времени и горючего на то, чтобы добраться до аэропорта. То есть авиация экономит энергию за счёт наземного транспорта. Хуже того, в процессе «оптимизации» сети аэропортов под широкофюзеляжные модели появились крупные авиационные хабы - пересадочные пункты. И теперь вместо одного рейса типичный пассажир в той же Европе совершает два или три.
Распределённая авиация
Распределённая энергетика теснит централизованную потому, что она эффективнее, в частности позволяет максимально приблизить производителя энергии к её потребителю, сократив потери в сетях. Аналогично и в случае авиации. Гораздо больший эффект для экологии и общества в целом дал бы не переход на «зелёный» авиакеросин, а восстановление сети небольших местных аэропортов. До них не нужно долго добираться, а современные турбовинтовые самолёты региональных авиалиний намного меньше влияют на климат и экологию, чем гигантские турбореактивные лайнеры, поскольку летают невысоко, а значит, быстрее набирают высоту и снижаются.
На авиасалоне МАКС-2021 прошедшим летом обсуждался ход испытаний новых российских турбовинтовых самолетов Ил-114-300 (пассажирский на 60 мест) и Ил-112В (военно-транспортный), а также их перспективы. На первом опытном образце Ил-114-300 установлен высокоэффективный турбовинтовой двигатель ТВ7-117СТ-01. «Создание двигателя - это огромная и трудная работа большого коллектива. Каждый двигатель проходит множество видов испытаний, стендовых, автономных, лётных в составе летающей лаборатории. В настоящее время создаваемая Объединённой двигателестроительной корпорацией силовая установка ТВ7-117СТ с винтом АВ-112-114 проходит лётно-конструкторские и сертификационные испытания, которые планируется завершить в первом квартале 2022 года», - сообщил генеральный конструктор АО «ОДК-Климов» Всеволод Елисеев.
Двигатель ТВ7-117СТ-01 обладает повышенной мощностью во взлётном режиме - 3100 л. с. Мощность предшествующей модификации составляла 2500 л. с., при её форсировании удалось сохранить удельный расход топлива на уровне 205 граммов на лошадиную силу в час - один из лучших показателей для подобных двигателей. Двигатель управляется современной электронной системой типа FADEC и работает в тандеме с новым воздушным винтом АВ112, обладающим повышенной тягой в четыре тонны. Лопасти винта изготовлены из композитных материалов.
О главных особенностях нового самолёта рассказал главный конструктор ПАО «Ил» Сергей Ганин: «Качества самолёта определяют системы, которые на нем стоят. И с этой точки зрения Ил-114-300 совершенно новый - новые двигатели, новые системы управления. Это самолёт сегодняшнего дня, которому предстоит хорошее будущее. В настоящее время в филиале ЛАЗ им П. А. Воронина идёт сборка первого опытного образца по серийным технологиям. Поставки самолётов планируются с 2023 года».
К гибридизации готов!
Возвращаясь к теме экологии, отметим, что именно самолёты местных и региональных авиалиний будут в первую очередь оснащаться природосберегающими гибридными (турбинно-электрическими) и водородными энергоустановками. Потому что быстро спроектировать и изготовить такие системы для гигантских лайнеров нереально. И если мы действительно намерены снизить негативное влияние транспорта на экологию и климат, то нужно действовать сразу в нескольких направлениях, не ограничиваясь переходом на «зелёное» авиатопливо. Пора восстанавливать сеть малых аэропортов и заменять парк давно устаревших Ан-24 на такие самолёты, как Ил-114-300. Почему именно он?
Турбовинтовые двигатели по конструкции делятся на одновальные и двухвальные (со свободной турбиной). В первом случае, как понятно из названия, турбина с компрессором и редуктор винта расположены на одном валу. Во втором используется газодинамическая связь между газогенератором и трансмиссией, то есть поток горячих газов разветвляется на две турбины, из которых одна приводит во вращение компрессор и электрогенератор, а другая (свободная) - воздушный винт.
части будущей гибридной энергоустановки
Двигатель ТВ7-117СТ-01 построен по двухвальной схеме, что даёт самолёту Ил-114-300 ряд преимуществ на стоянке (например, можно запустить двигатель и подать энергию в бортовую сеть, не раскручивая винт). Но нам сейчас важно отметить, что эта схема легче дорабатывается для будущего перехода на электротягу. При такой доработке свободная турбина заменяется электродвигателем, увеличивается мощность электрогенератора и устанавливаются аккумуляторы.
Супер и сверх
На прошедшем МАКСе также была представлена летающая лаборатория на базе самолёта Як-40 с инновационным электрическим авиадвигателем мощностью 500 кВт на высокотемпературных сверхпроводниках. В носовой части самолёта установлен электродвигатель с воздушным винтом. Гибридную энергоустановку создают ЦИАМ имени Баранова (входит в НИЦ «Институт им. Н. Е. Жуковского») совместно с компанией «СуперОкс» - отечественным производителем высокотемпературных сверхпроводников. Охлаждаемые жидким азотом обмотки электродвигателя имеют нулевое омическое сопротивление, так что можно получить большую мощность при сравнительно небольших размерах.
Для экологии гибридная установка хороша тем, что она позволяет самолёту взлетать на энергии из аккумулятора (газовые турбины создают максимальное количество токсичных выбросов и шума именно на взлёте). Вдали от населённых пунктов на разрешённой высоте можно запустить компактную бортовую газовую турбину для подзарядки аккумулятора, далее - крейсерский полёт и посадка снова на аккумуляторе.
Водородная перспектива
Тем временем Объединенная двигателестроительная корпорация (ОДК) начала разработку авиадвигателей и энергоустановок наземного применения на водороде. «Мы рассматриваем две основные технологии: непосредственное сжигание водородного топлива в модифицированных газовых турбинах и его электрохимическое преобразование в электрическую энергию с использованием топливных элементов», - сообщил генеральный конструктор ОДК Юрий Шмотин.
Нынешним летом ОДК сформировала рабочую группу проекта и начала опытно-конструкторские работы. Они будут проводиться совместно с научными и отраслевыми институтами, а также с организациями, имеющими практический опыт использования водородного топлива. Прорабатываются два варианта: сжигание газа в двигателе и создание топливных элементов, где при реакции водорода с кислородом генерируется электрическая энергия.
Как считает Шмотин, для снижения углеродного следа в авиации и нефтегазовом комплексе одно из наиболее перспективных направлений - именно применение водородного топлива.
Читайте другие наши материалы
