В настоящее время почти достигнуты пределы топливной эффективности традиционных турбовентиляторных авиадвигателей. Для создания более перспективных моделей нужны принципиально новые подходы, например разработка гибридных или полностью электрических авиационных силовых установок. Сейчас использование последних невозможно из-за недостаточно развитых технологий аккумулирования электроэнергии. Ученые Пермского Политеха разработали малоразмерную газотурбинную энергоустановку, которую можно использовать для привода генератора в составе авиационного турбовинтового или турбовентиляторного двигателя, выполненного по гибридно-электрической схеме.

Статья опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника» №78, 2024. Исследование проведено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

– Идея проекта возникла благодаря возросшему интересу к разработке «более электрических» и «полностью электрических» авиационных двигателей. Это, прежде всего, связано с требованиями снижения выбросов вредных веществ в атмосферу, необходимости выполнения государственных программ по декарбонизации и возросшим перспективам развития малоразмерной авиации, – рассказывает Николай Саженков, руководитель группы молодежного проектно-технологического бюро Передовой инженерной школы авиационного двигателестроения ПНИПУ.

Ученые Пермского Политеха разработали комплексную математическую модель малоразмерной энергетической установки, способной работать в диапазоне мощностей 45-60 кВт. Модель учитывает процессы газовой динамики и дает возможность обеспечить требуемые вибрационные и прочностные характеристики. Это позволит решить проблемные вопросы проектирования турбовинтовых двигателей по гибридно-электрическим схемам.

На данный момент с помощью модели определен предварительный облик энергоустановки и ее конструктивно-силовая схема. Уже ведутся работы по газодинамическому проектированию проточной части лопаточных машин. На следующем этапе предполагается решение задач обеспечения устойчивой совместной работы узлов.

– Наша разработка позволяет определять оптимальные сочетания значений повышения давления и температур газа в рабочем цикле установки, которые обеспечат ее наибольшую экономичность, – поясняет Николай Саженков.

Аналогом разработанного проекта является гибридная силовая установка на базе двигателя ВК-650В АО «ОДК-Климов», но она направлена на применение в составе установки мощностью 500 кВт и закрывает потенциальные потребности летательных аппаратов другой, гораздо большей размерности. Разработку ученых ПНИПУ можно будет использовать на самолетах малой размерности и местной авиации.

По примерным оценкам для внедрения готового продукта понадобиться от трех до пяти лет. Но уже сейчас, студенты, участвующие в проекте получают уникальный опыт и знакомятся с реальными технологиями и инструментами проектирования узлов газотурбинной техники, применяемыми на предприятиях авиационной промышленности РФ.