СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА В АВИАЦИИ

В последние годы авиация претерпевает революцию благодаря внедрению электрических технологий, которые изменяют облик небесного пространства. Электрификация в авиации становится все более актуальной и перспективной темой, открывая новые возможности для устойчивого развития авиационной индустрии.

Одним из ключевых направлений в развитии электрической авиации является создание электрических самолетов. Эти аппараты, питаемые электрическими двигателями и аккумуляторами, представляют собой экологически чистое и энергоэффективное решение. Благодаря отсутствию выбросов вредных веществ электрические самолеты способствуют снижению воздействия авиации на окружающую среду и климат.

Безусловно, электрификация в авиации представляет собой не только технологическое достижение, но и стратегическое решение для снижения выбросов парниковых газов и улучшения экологической устойчивости авиационной отрасли. Внедрение электрических технологий в авиацию открывает новые перспективы для создания более чистого и эффективного неба, где возможность полета становится доступной не только для людей, но и для природы.

Еще одним важным аспектом электрификации в авиации является возможность создания беспилотных электрических дронов для различных целей, таких как доставка грузов, аэросъемка, мониторинг окружающей среды и т. д. Эти беспилотные аппараты могут быть особенно полезны в труднодоступных или опасных условиях, где человеческое присутствие может быть ограничено.

С развитием электрических технологий в авиации возникают новые вызовы, такие как необходимость создания инфраструктуры для зарядки электрических самолетов. Развитие сети зарядных станций и технологий быстрой зарядки станет ключевым фактором для успешного внедрения электрических самолетов в воздушное пространство.

Более того, электрификация в авиации открывает новые перспективы для развития альтернативных источников энергии, таких как солнечные панели (о которых подробнее речь пойдет далее), кинетическая энергия и другие возобновляемые источники. Это позволит сделать авиацию еще более экологически устойчивой и независимой от традиционных источников энергии.

Современные технологии электричества в авиации

Выделены такие технологии в области электричества, которые активно развиваются в авиации:

- электрические двигатели;

- авиационные аккумуляторы;

- системы управления энергией;

- солнечная энергия;

- рекуперативное торможение.

Воздушные суда могут использовать различные типы электрических двигателей, включая электрические пропеллеры, электродвигатели с переменным тяговым винтом (EVTOL) и другие. Электрические двигатели воздушных судов могут быть питаемыми от батарей, генераторов на базе газотурбинных двигателей или других источников энергии. Принцип работы электрического двигателя может заключаться в преобразовании электрической энергии в механическую энергию, создавая тягу, необходимую для движения воздушного судна. Управление скоростью и направлением тяги может осуществляться путем изменения подачи электрического тока. Также предполагается увеличение автономности и дальности полета за счет оптимизации энергоэффективности и уменьшения веса систем. Развитие электрических двигателей для самолетов позволяет создавать более эффективные и экологически чистые воздушные суда. Электрические двигатели могут использоваться как основной источник тяги или в качестве дополнительной системы.

Авиационные аккумуляторы выполняют очень важную роль в работе ВС. Во-первых, с помощью АКБ (аккумуляторная кислотная батарея) производится автономный запуск как основных, так и вспомогательных авиационных двигателей и турбостартеров. К примеру, в случае отказа двигателя в полёте, с помощью АКБ можно произвести его запуск. Также в случае аварийной ситуации аккумуляторы могут обеспечивать питанием приёмники 1-й категории (выход из строя генераторов и т. д.). При рулении ВС по аэродрому, АКБ осуществляют питание потребителей в случае отключения генераторов. Также, в случае отсутствия аэродромных источников энергии аккумуляторы питают маломощные потребители на стоянках при проведении предполетного и послеполетного осмотра. С помощью аккумуляторов проверяется работа электрооборудования ВС перед полётом. Таким образом, с появлением легких и высокоэффективных литий-ионных аккумуляторов станет возможным создание электрических самолетов с большей дальностью полета и улучшенной производительностью.

Системы управления энергией контролирует распределение и использование электроэнергии на борту воздушного судна. Она обеспечивает питание различных систем и устройств, таких как двигатели, системы авионики, освещение, обогрев и кондиционирование воздуха. Она регулирует работу двигателей и приводов, оптимизируя потребление топлива и обеспечивая необходимую тягу для полета. Система управления энергией может включать в себя функции энергосбережения, такие как автоматическое отключение ненужных систем во время полета, оптимизацию работы двигателей.

Общая цель системы управления энергией в воздушных судах — обеспечить оптимальное использование энергии, оптимизировать расход электроэнергии повысить безопасность полетов, и увеличить автономность

Солнечная энергия: Использование солнечных панелей на крыльях самолетов представляет собой инновационное направление в авиации, направленное на увеличение энергоэффективности и снижение вредного воздействия на окружающую среду. Солнечные панели на крыльях самолетов преобразуют солнечную энергию в электрическую, которая может быть использована для питания различных систем на борту, таких как освещение, системы авионики, вентиляция и другие электрические устройства. Использование солнечных панелей позволяет увеличить автономию самолета за счет генерации дополнительной электроэнергии.

 

Рис. 1. Установка солнечных панелей на крыло.

 

Это особенно полезно для длительных полетов или для малых воздушных судов, где каждый источник дополнительной энергии имеет значение. За счет использования солнечных панелей на крыльях можно снизить зависимость от традиционных источников энергии, таких как авиационное топливо, что может привести к сокращению эксплуатационных расходов. Одним из вызовов является разработка легких и прочных материалов для интеграции солнечных панелей в конструкцию крыла самолета, чтобы минимизировать дополнительный вес и сохранить аэродинамические характеристики.

Хотя использование солнечных панелей на крыльях самолетов все еще находится на стадии разработки и испытаний, это перспективное направление, которое может иметь значительный потенциал для улучшения энергоэффективности авиации в будущем.

 

Рис. 2. Пример элементов электросамолета.

 

Регенеративное торможение — это механизм рекуперации энергии — это механизм рекуперации энергии, который замедляет движущееся транспортное средство или объект путем преобразования его кинетической или потенциальной энергии в форму, которую можно либо использовать немедленно, либо хранить до тех пор, пока она не понадобится. Обычно рекуперативные тормоза работают за счет вращения электродвигателя в обратном направлении, чтобы вернуть энергию, которая в противном случае была бы потеряна в виде тепла во время торможения, эффективно превращая тяговый двигатель в генератор. Подача энергии назад через систему, подобная этой, позволяет энергии, полученной в результате замедления, пополнить запасы накопителя энергии, такого как конденсаторы батареи. После сохранения эта энергия может быть позже использована для движения вперед.

Перспективы перехода к электрическим самолетам

Экологическая устойчивость: Электрические самолеты не выделяют вредных выбросов в атмосферу, что благоприятно способствует снижению загрязнения окружающей среды и борьбе с изменением климата.

Энергоэффективность: Электрические двигатели могут быть более эффективны по сравнению с двигателями внутреннего сгорания, что может привести к снижению расхода энергии и экономии топлива.

Снижение шума: Электрические самолеты могут быть более тихие по сравнению с традиционными самолетами, что может уменьшить негативное воздействие на окружающую среду и уровень шума в городах.

Снижение зависимости от ископаемых топлив: Переход к электрическим самолетам поможет снизить зависимость авиации от нестабильных цен на нефть и другие ископаемые топлива.

Технологический прогресс: Развитие электрической авиации стимулирует инновации в области батарей, электроники, аэродинамики и других технологий, что может привести к созданию более эффективных и передовых решений.

Стоимость: Одним из ключевых перспектив электрических самолетов будет в их более низкой стоимости эксплуатации по сравнению с традиционными самолетами, работающими на керосине. Электрические двигатели требуют меньше обслуживания, так как они имеют меньше подвижных частей и меньше подвержены износу. Это позволяет снизить операционные расходы авиакомпаний и сделать авиацию более экономически выгодной.

Однако есть и вызовы, такие как ограниченная дальность полета из-за ограниченной емкости аккумуляторов, необходимость развития инфраструктуры для зарядки электрических самолетов и высокие издержки на разработку и производство. Несмотря на это, многие страны и компании активно работают над развитием электрической авиации, и перспективы данного направления остаются обнадеживающими.

Таким образом, электрификация в авиации не только изменяет технологический ландшафт небесного пространства, но также открывает новые возможности для устойчивого развития авиационной индустрии, снижения вредного воздействия на окружающую среду и создания более безопасной и эффективной системы воздушного транспорта. Эти технологии направлены на создание энергоэффективных и инновационных решений в авиации.