NASA и GE Aerospace объявили о значительном прорыве для авиационной отрасли после успешной демонстрации полета гибридно-электрической двигательной установки мегаваттного класса. Эта технология имеет потенциал для продвижения разработки самолетов нового поколения, отличающихся более высокой эффективностью и меньшим расходом топлива.
Премьера и рекорды полета
Двигатель был интегрирован в самолет Saab 340B и впервые представлен общественности во время Международной авиационной выставки Фарнборо, проходившей в Великобритании. До этого мероприятия система уже установила два важных рекорда: она стала первым самолетом с гибридно-электрическим приводом, полетевшим выше 30 000 футов над уровнем моря — рабочей высоты пассажирских коммерческих самолетов — и зарегистрировала самый долгий полет в режиме работы, превысив две часа нахождения в воздухе.
Технологический состав системы
Эта гибридно-электрическая система объединяет электродвигатели, газовую турбину и возможности накопления энергии в едином блоке. Ее цель — доказать возможность движения самолетов регионального размера, снижая эксплуатационные расходы и расход топлива без ущерба для производительности. NASA указывает, что уроки этого проекта будут применены в будущих гибридных системах для коммерческой авиации с целью снижения расходов авиакомпаний.
В испытанной конфигурации правая часть Saab 340B была адаптирована для размещения гибридно-электрической системы внутри инвертированного кожуха, что было выбрано для оптимизации вентиляции компонентов. Технический комплекс включает гидрогенераторы, инверторы, контроллеры, редукторные коробки Avio Aero, пропеллеры Dowty, теплообменники Unison, датчики крутящего момента и двигатель CT7, разработанный GE Aerospace. Аккумуляторы были предоставлены BAE Systems, а полный кожух был разработан Aurora Flight Sciences, дочерней компанией Boeing.
Международное и историческое сотрудничество
Пионерские полеты состоялись в Соединенных Штатах под управлением сотрудников GE Aerospace и BETA Technologies. Позже пилоты BETA доставили самолет в Великобританию для участия в авиашоу Фарнборо, где гибридно-электрическая система эксплуатировалась на всех этапах полета. Х. Лоуренс Калп мл., президент и генеральный директор GE Aerospace, назвал это достижение историческим моментом для отрасли, поблагодарив NASA, BETA Technologies и Boeing за содействие в ускорении развития технологии.
Интегрированный проект и обширные исследования
Эта инициатива является частью проекта демонстрации полета электрифицированной силовой установки (EPFD) NASA, используя многолетние предварительные исследования EPFD и, в настоящее время, проекта технологий и инструментов для дозвуковых аппаратов. Сотни исследователей из различных центров NASA работали в партнерстве с GE Aerospace и другими компаниями. BETA Technologies выступала в качестве интегратора систем, в то время как Boeing вносила вклад через Aurora Flight Sciences.
Кайл Кларк, основатель и генеральный директор BETA Technologies, подчеркнул, что испытания принесли важнейшие выгоды для будущих применений, создав летающую лабораторию для руководства последующими гибридными проектами. Грэм Дрозески, технический директор Aurora Flight Sciences, отметил, что проект позволил впервые интегрировать высоконапряженную электрифицированную силовую установку в летательный аппарат, работающий на коммерческих высотах, что знаменует собой значительный прогресс.
Кульминация более чем 15 лет исследований
NASA считает, что успех испытаний представляет собой кульминацию более пятнадцати лет исследований, сосредоточенных на разработке гибридных систем для крупных летательных аппаратов. В то время как дроны и меньшие электрические самолеты становятся популярными, адаптация этой технологии к пассажирским и грузовым самолетам всегда была серьезной проблемой из-за огромного энергопотребления. Изначально, более десяти лет назад, идея использования электродвигателей только в качестве дополнительного источника мощности казалась далекой.
В течение примерно семи лет агентство проводило предварительные исследования с партнерами для определения технологических барьеров и коммерческой жизнеспособности. Исследователи сосредоточились на преодолении ограничений, связанных с выработкой мощности, тепловым контролем, аккумуляторными технологиями и интеграцией между двигателями, электрической системой и летательным аппаратом. В рамках программы EPFD NASA и GE Aerospace также смогли создать более легкие и эффективные компоненты, значительно уменьшив размер многих деталей.
Валидация на объектах NASA
Для испытаний использовалось несколько объектов космического агентства. В 2022 году GE Aerospace оценила интегрированную версию двигательной установки на испытательном стенде электрического самолета (Electric Aircraft Testbed), расположенном на базе NASA в Сэндуски, штат Огайо, США. Этот центр имитировал условия полета на высоте до 45 000 футов, аналогично тем, которые используются однорейсовыми коммерческими самолетами. После этого этапа были добавлены электродвигатели, преобразователи мощности, пропеллеры и коммерческий двигатель GE Aerospace, после чего последовали наземные испытания и, наконец, экспериментальные полеты.
Ральф Янсен, аэрокосмический инженер Центра исследований Гленн NASA, описал этот момент как завершение обширной работы, подчеркнув влияние, которое она окажет на снижение энергопотребления и пользу для американских компаний и общественности. Он отметил, что проект родился из казавшейся невероятной идеи, но стал реальностью благодаря исследованиям и разработкам. Янсен выразил большую радость, увидев полет, отметив, что полет был таким же естественным, как и у обычного самолета.
Будущие перспективы технологии
GE Aerospace гарантирует, что гибридно-электрическая технология может быть внедрена в будущие архитектуры двигателей, включая передовые концепции, такие как Open Fan, и совместимость с различными типами топлива. Во время испытаний электрический компонент не только помогал при приводе пропеллера, но и обеспечивал энергией для зарядки аккумуляторов. Компания отмечает, что эта разработка интегрирует эволюцию программы CFM RISE, запущенной в 2021 году, которая охватывает около 500 испытательных кампаний и более трех тысяч циклов нагрузки, включая такие технологии, как двигатели Open Fan и гибридно-электрические системы.
Мохаммед Али, президент и генеральный директор подразделения коммерческих двигателей и услуг GE Aerospace, заключил, что результаты доказывают потенциал технологии для следующего поколения летательных аппаратов, демонстрируя передовые возможности клиентам и отрасли.
