All'ultimo salone aereo MAKS-2021, la Russian United Engine Corporation (UEC) ha presentato una serie di promettenti sviluppi in diverse direzioni. Una delle mostre più interessanti del suo stand era un modello di una centrale elettrica ibrida (GSU) in fase di sviluppo per l'implementazione nel settore dell'aviazione. Si prevede che tale GSU sarà in grado di trovare applicazione in vari progetti di aeromobili e fornire prestazioni elevate.
Direzione promettente
Gli impianti ibridi basati su una turbina a gas o un motore a pistoni accoppiati a vari componenti elettrici presentano una serie di importanti caratteristiche e vantaggi rispetto ai sistemi tradizionali. Questi vantaggi possono essere utilizzati in vari campi, incl. nell'aviazione. Attualmente, in diversi paesi contemporaneamente, viene effettuato lo sviluppo di GSU per l'aviazione di diversa composizione. Alcuni progetti sono già stati portati al banco e alle prove sul campo.
Nell'agosto 2020, l'UEC russa ha lanciato un progetto simile. JSC UEC-Klimov è stato nominato capo sviluppatore. L'obiettivo del nuovo progetto è creare un promettente circuito HSS sequenziale con una capacità di 500 kW. Questa installazione sarà basata sull'ultimo motore turboalbero VK-650V.
Al momento, le prime fasi del progetto sono state completate ed è stato definito l'aspetto generale dell'impianto. Inoltre, è stato realizzato un mock-up, mostrato al recente spettacolo MAKS-2021. Nel prossimo futuro ci sarà un modello dimostrativo per le prove al banco. Nei prossimi anni raggiungerà la sua massima capacità e consentirà il passaggio a nuove fasi.
Secondo l'UEC, nel 2022, un modello demo della GSU dovrebbe mostrare una potenza di 150 kW e garantire la verifica delle soluzioni previste. Successivamente sarà finalizzato e le prove sono previste per il 2023 con il raggiungimento della potenza di progetto di 500 kW. Sulla base dei risultati di queste attività, nel 2024 inizieranno i lavori di progettazione sperimentale per creare una GSU a tutti gli effetti da utilizzare sugli aeromobili. Il completamento è previsto nel 2028.
L'UEC ha già individuato gli ambiti di applicazione del promettente GSO. Questo sistema può essere utilizzato su aerei per linee locali, su elicotteri polivalenti leggeri e su UAV fino a 8 tonnellate di peso, può essere utilizzato anche su vari veicoli a decollo verticale, su promettenti "air taxi", ecc. Un sistema simile per barche e navi sarà sviluppato sulla base della GSU per l'aviazione. Svilupperà una capacità di 200-250 kW.
Aspetto mock-up
Al MAKS-2021, è stato dimostrato un modello di un GSU in una configurazione per un UAV di tipo elicottero con quattro rotori. Le unità dell'installazione sono state posizionate su uno stand che simula un prodotto simile. Questo approccio al display consente di valutare le dimensioni del GSU e le caratteristiche del suo posizionamento sull'aeromobile.
Un gruppo generatore di turbine a gas compatto basato su un motore esistente di potenza sufficiente è stato posizionato su una fusoliera convenzionale. Accanto ad essa sono stati installati un pacco batteria e unità di elettronica di potenza. Sulle "ali" sono stati collocati quattro motori elettrici con rotori. Tutti i componenti della GSU erano collegati tramite cavi.
Il layout riflette lo schema generale e la composizione del promettente GSU in relazione al quadricottero. Gli aerei di altri schemi e classi riceveranno l'installazione di una diversa composizione e architettura. Quindi, è possibile utilizzare un diverso numero di motori elettrici, diverse configurazioni di batterie, ecc.
I principi di funzionamento della nuova GSU sono abbastanza semplici. Un motore turboalbero con un generatore genera energia elettrica per l'elettronica di potenza. Quest'ultimo è responsabile del controllo dei motori elettrici responsabili del volo e ricarica anche le batterie. Le modalità di funzionamento dell'impianto dall'UEC non sono ancora state specificate.
Difficoltà e vantaggi
Un impianto ibrido basato su un motore turboalbero e componenti elettrici presenta una serie di vantaggi distintivi rispetto ai sistemi tradizionali. Allo stesso tempo, ci sono anche svantaggi di vario genere. Ovviamente, l'approccio corretto alla progettazione della stessa GSU e alla selezione dell'aeromobile per essa consentirà di ottenere il massimo rendimento con svantaggi minimi.
I sistemi a turbina a gas includono una serie di componenti dissimili, motivo per cui si differenzia dai tradizionali sistemi a turbina a gas per complessità e costi maggiori. Inoltre, l'installazione ibrida ha un volume e una massa totali maggiori, il che impone restrizioni allo sviluppo dell'aereo da trasporto. Allo stesso tempo, le unità GSU non necessitano di un collegamento meccanico rigido tra loro e possono essere distanziate tra i volumi disponibili, il che semplifica il layout dell'aeromobile.
Gli impianti ibridi possono mostrare un'elevata efficienza del carburante. Per fare ciò, il motore turboalbero deve funzionare in modalità ottimali che diano il minimo consumo di carburante e ai sistemi di controllo è affidato il compito di distribuire correttamente l'elettricità tra i motori e le batterie secondo l'attuale modalità di volo. Allo stesso tempo, vengono migliorate anche altre caratteristiche: la risorsa cresce e le emissioni nocive si riducono.
Il volo del dispositivo con il GSU viene effettuato da motori elettrici controllati dall'elettronica. Ciò consente di mantenere in modo più efficace la modalità operativa richiesta, nonché di modificarla rapidamente tenendo conto delle mutevoli condizioni. In particolare, garantirà uno sgancio rapido alla massima potenza.
A seconda della composizione e dei principi di gestione, la GSU è teoricamente in grado di funzionare in diverse modalità, incl. senza l'uso di un motore turboalbero - solo grazie alle batterie. Questa modalità aumenterà l'affidabilità e la sicurezza: in caso di guasto del motore principale e del generatore, l'aeromobile potrà continuare il volo.
Piani per il futuro
Grazie all'uno o all'altro vantaggio, le centrali elettriche ibride di diverse architetture possono trovare posto nell'aviazione e spingere fuori i sistemi tradizionali. I GSO sono di interesse nel contesto dell'ulteriore sviluppo di velivoli ed elicotteri con e senza equipaggio. Tuttavia, mentre non ci si dovrebbe aspettare che in un tempo ragionevole saranno in grado di sostituire completamente altre opzioni per le centrali elettriche.
Il potenziale del GSO attrae naturalmente sviluppatori e clienti da diversi paesi e dall'anno scorso l'industria russa è stata strettamente impegnata in questo argomento. I primi lavori sono già stati realizzati, sono stati definiti i principi generali di progetti promettenti e sono state identificate le aree future della loro applicazione. Inoltre, viene mostrato un modello del prodotto futuro e vengono annunciati gli eventi per gli anni futuri.
I lavori di sviluppo di una centrale da 500 kW basata sul motore VK-650V si svolgeranno nel 2024-28. Pertanto, già a metà del decennio o all'inizio della seconda metà di esso, ci si può aspettare la comparsa dei primi progetti di aeromobili a tutti gli effetti per l'aviazione nazionale GSU. Dovranno apparire anche i progetti per l'introduzione della sua modifica navale.
Non si sa quali saranno gli aerei e le barche con una centrale ibrida. Tuttavia, è chiaro che questa direzione ha un grande potenziale e consente di ottenere opportunità molto interessanti. Dovrebbe essere sviluppato con un occhio all'applicazione pratica. Questo è ciò che l'UEC sta facendo dallo scorso anno ed è già pronta a mostrare i primi risultati.
