Цахилгаан онгоц нь орчин үеийн нисэх онгоцны өөр хувилбар мөн үү?

2024 Зохиолч: Seth Attwood | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2023-12-16 16:12

Доторлогоонуудыг жолооддог орчин үеийн хийн турбин (турбофан) хөдөлгүүр нь мэдээжийн хэрэг цэцэрлэгжүүлэлтийн багаж хэрэгсэлд зориулсан хоёр цохилттой цохиур биш, харин өндөр үр ашигтай, маш найдвартай машин юм. Гэсэн хэдий ч нисэх онгоц үйлдвэрлэгчдийн үзэж байгаагаар цаашид сайжруулах нөөц шавхагдахад ойрхон байна.

Яагаад хөдөлгүүрүүд байдаг вэ - баригдаж буй бүх нисэх онгоцууд хоорондоо маш төстэй тул зөвхөн нисэхийн мэргэжилтэн л Боинг эсвэл Эйрбусыг Bombardier эсвэл MS-21-ээс ялгах болно. Далавч дороо хоёр хийн турбин хөдөлгүүртэй орчин үеийн төрлийн нисэх онгоцууд биднийг хэдэн арван жилийн турш тэнгэрт эргэлдүүлнэ гэдэгт өчүүхэн ч эргэлзэхгүй байгаа ч агаарын хөлгийн шинэ зохион байгуулалт, шинэ аэродинамикийн өндөр найдвар нь цахилгаан хөдөлгүүртэй холбоотой юм.

Хурдан, гэхдээ удаан биш

Саяхныг хүртэл "цахилгаан онгоц" гэсэн нэр томъёог "илүү цахилгаан нисэх онгоц" гэж ойлгодог байсан - механик болон гидравлик дамжуулалтыг хамгийн дээд хэмжээнд нь цахилгаанаар сольсон тогтмол далавчтай онгоц.

Хоолой, кабель байхгүй - жолоо жолоодох, далавчийг механикжуулах гэх мэт бүх механик ажлыг эрчим хүч, хяналтын дохионы сувгаар хангадаг жижиг цахилгаан хөдөлгүүрүүд гүйцэтгэдэг. Одоо энэ нэр томьёо шинэ утгаар дүүрсэн: жинхэнэ цахилгаан онгоц өөрөө цахилгаан зүтгүүрээр хөдлөх ёстой.

Мэдээжийн хэрэг, цахилгаан нисэхийн хэтийн төлөв нь зөвхөн агаарын хөлгийн зохион бүтээгчдээс төдийгүй цахилгаан инженерийн салбарын ахиц дэвшлээс хамаарна. Эцсийн эцэст, "батарейгаар" нисэх онгоцууд байдаг. Нэмэлт цахилгаан моторыг хэдэн арван жилийн өмнө планерууд дээр суурилуулсан.

2016 онд анх ниссэн Extra 330LE нь аль хэдийн планер тээвэрлэж, хурдны дээд амжилт тогтоогоод байна. Гэхдээ түүний 14 хүчирхэг лити-ион батерей, Siemens-ийн цахилгаан мотор нь энэ хүүхдэд нисгэгчийг оролцуулаад хоёрхон хүнийг онгоцонд авч, агаарт 20 минутаас илүүгүй байх боломжийг олгодог.

Нэмэлт 330LE

Мэдээжийн хэрэг, илүү гайхалтай үзүүлэлттэй төслүүд байдаг. Өнгөрсөн оны есдүгээр сард Британийн хямд өртөгтэй агаарын тээврийн EasyJet компани арван жилийн дараа 180 зорчигч хүлээн авах хүчин чадалтай бүс нутгийн цахилгаан (540 км-ийн зайтай, энэ нь Европ дахь нислэгийн хувьд нэлээд их) онгоцыг хөөргөхөө зарлав.

Хоёр хүний суудалтай нисдэг жагсагчийг аль хэдийн бүтээсэн Америкийн стартап Wright Electric төслийн хамтрагч болжээ. Гэсэн хэдий ч өнөөдөр хамгийн сайн лити-ион батерейны эрчим хүчний нягтрал нь нүүрсустөрөгчийн түлшнээс доогуур хэмжээнээс илүү байна. 2030 он гэхэд батерейнууд гүйцэтгэлээ дээд тал нь хоёр дахин сайжруулна гэж таамаглаж байна.

Турбин, үлд

Түлшний элементийн нөхцөл байдал нь илүү давуу талтай бөгөөд түлшний химийн энерги нь шаталтын процессыг алгасаж шууд цахилгаан энерги болгон хувиргадаг.

Устөрөгч нь ийм эрчим хүчний эх үүсвэрийн хамгийн ирээдүйтэй түлш гэж тооцогддог. Шатахууны эсийг цахилгаан онгоцны тэжээлийн эх үүсвэр болгон ашиглах туршилтыг дэлхийн янз бүрийн улс орнуудад хийж байна (ОХУ-д CIAM голчлон ийм онгоц бүтээх төслүүд дээр ажиллаж байгаа бөгөөд тэдгээрт зориулсан түлшний эсийг IPCP RAS-ийн дагуу үйлдвэрлэдэг. профессор Юрий Добровольскийн удирдамж).

Нисдэг ба жолоодлоготой концепцуудаас Европын загвар өмсөгч ENFICA-FC Rapid 200FC-ийг санаж болно - энэ нь цахилгаан батерей болон түлшний эсийг нэгэн зэрэг ашигласан. Гэхдээ энэ технологид бас мэдэгдэхүйц сайжруулалт, нэмэлт судалгаа хэрэгтэй.

Өнөөдрийн хамгийн бодитой хэтийн төлөв бол эрлийз схемийн дагуу баригдсан цахилгаан нисэх онгоцны хэтийн төлөв юм. Энэ нь онгоцны сэнс (сэнс эсвэл пропфан) нь цахилгаан мотороор хөдөлдөг боловч хийн турбин хөдөлгүүр (эсвэл бусад дотоод шаталтат хөдөлгүүр) -ээр эргэлддэг генератороос цахилгаан хүлээн авна гэсэн үг юм. Эхлээд харахад ийм схем нь хачирхалтай юм шиг санагдаж байна: тэд цахилгаан моторын төлөө GTE-ийг орхихыг хүсч байгаа ч тэд үүнийг хийхгүй байна.

Дэлхий дээр аль хэдийн нэлээд хэдэн эрлийз төслүүд байгаа ч бид юуны түрүүнд Оросыг сонирхож байна. Цахилгаан онгоц, ялангуяа эрлийз схемтэй ажлыг ЦАГИ эсвэл ЦИАМ гэх мэт нисэхийн чиглэлээр ажилладаг янз бүрийн шинжлэх ухааны хүрээлэнгүүдэд хийжээ.

Өнөөдөр эдгээр болон бусад зарим байгууллагууд нэгдсэн (2014 оноос хойш) "Н. Е. Жуковскийн нэрэмжит хүрээлэн" судалгааны төвийн ивээл дор нэгдсэн бөгөөд энэ салбарын нэг хүчирхэг "тархины итгэлцэл" болох зорилготой юм. Төв доторх цахилгаан нисэхийн бүх ажлыг нэгтгэх ажлыг бид өгүүллийн эхэнд дурдсан Сергей Галперинд өгсөн.

Батерейгаар ажилладаг хөөрөлт

"Нисэхийн салбарт цахилгаан мотор руу шилжих нь олон сонирхолтой хэтийн төлөвийг нээж байна" гэж Сергей Халперин хэлэв, "гэхдээ цэвэр химийн эрчим хүчний эх үүсвэр дээр Оросын нөхцөлд тохирсон зайтай арилжааны цахилгаан онгоц бүтээхэд найдах ямар ч шалтгаан байхгүй. батерей эсвэл түлшний эсүүд) ойрын ирээдүйд: эрчим хүчний боломж нь кг керосин ба батерейны кг нь хэт их ялгаатай. Гибрид загвар нь боломжийн буулт байж болно. Шууд түлхэц үүсгэдэг хийн турбин хөдөлгүүр ба генераторын босоо амыг хөдөлгөх хийн турбин хөдөлгүүр нь ижил зүйл биш гэдгийг ойлгох ёстой.

Нислэгийн явцад онгоцны эрчим хүчний хэрэгцээ ихээхэн өөрчлөгддөг нь баримт юм. Онгоц хөөрөх үед хөдөлгүүр нь хамгийн дээд хэмжээндээ ойрхон хүчийг хөгжүүлдэг бөгөөд аялах үед (өөрөөр хэлбэл нислэгийн ихэнх хэсэгт) онгоцны эрчим хүчний хэрэглээ 5-6 дахин буурдаг.

Тиймээс уламжлалт цахилгаан станц нь өргөн хүрээний горимд ажиллах чадвартай байх ёстой (эдийн засгийн үүднээс авч үзвэл үргэлж оновчтой байдаггүй), нэгээс нөгөөд хурдан шилжих чадвартай байх ёстой. Гибрид суурилуулалтанд хийн турбин хөдөлгүүрээс ийм төрлийн зүйл шаардагдахгүй. Энэ нь үргэлж ижил, эдийн засгийн хувьд хамгийн ашигтай горимд ажилладаг цахилгаан станцуудын хийн турбинтай төстэй байх болно. Тэд олон жилийн турш зогсолтгүй ажиллаж байна."

Ce-лайнер

Генераторын тусламжтайгаар GTE нь цахилгаан моторыг шууд эрчим хүчээр хангах, мөн батерейны нөөцийг бий болгох эрчим хүч үйлдвэрлэх боломжтой болно. Зөвхөн хөөрөх үед батерейны тусламж хэрэгтэй болно.

Гэхдээ хөөрөх горимд цахилгаан мотор ажиллуулах нь хэдхэн минут үргэлжлэх тул эрчим хүчний нөөц нь тийм ч их байх ёсгүй бөгөөд хөлөг дээрх батерейнууд нь хэмжээ, жингээрээ хүлээн зөвшөөрөгдөх боломжтой. Үүний зэрэгцээ хийн турбин хөдөлгүүрт хөөрөх горим байхгүй - түүний бизнес нь чимээгүйхэн цахилгаан үйлдвэрлэх явдал юм.

Тиймээс агаарын хөлгийн хөдөлгүүрээс ялгаатай нь эрлийз цахилгаан онгоцны хийн турбин хөдөлгүүр нь хүч чадал багатай, илүү найдвартай, байгаль орчинд ээлтэй, дизайны хувьд энгийн бөгөөд энэ нь хямд бөгөөд эцэст нь илүү их нөөцтэй байх болно.

Далавч дээр үлээж байна

Үүний зэрэгцээ цахилгаан хөдөлгүүрт шилжсэнээр ирээдүйн иргэний агаарын хөлгийн загварт суурь шинэчлэл хийх боломж нээгдэж байна. Хамгийн их яригдаж байгаа сэдвүүдийн нэг бол хуваарилагдсан цахилгаан станцуудыг бий болгох асуудал юм.

Өнөөдөр сонгодог доторлогооны зохион байгуулалт нь түлхэлтийн хэрэглээний хоёр цэгийг, өөрөөр хэлбэл далавчны доорх тулгуур дээр өлгөгдсөн хоёр, ховор дөрвөн хүчирхэг хөдөлгүүрийг ашигладаг. Цахилгаан онгоцонд далавчны дагуу, түүнчлэн түүний төгсгөлд олон тооны цахилгаан моторын зохион байгуулалтыг авч үздэг. Энэ яагаад хэрэгтэй вэ?

Гол нь хөөрөх болон аялалын горимуудын ялгаа нь дахин юм. Ослын урсгалын бага хурдтай хөөрөх үед нисэх онгоц өргөлтийг бий болгохын тулд далавчны том талбай хэрэгтэй. Хөдөлгөөний хурдтай үед өргөн далавч нь саад болж, илүүдэл өргөлтийг бий болгодог.

Асуудал нь нарийн төвөгтэй механикжуулалтын улмаас шийдэгддэг - эвхэгддэг хавчаар ба хавтангууд. Жижиг нисэх онгоцны буудлуудаас хөөрч, том далавчтай жижиг онгоцууд довтолгооны хамгийн оновчтой өнцгөөр аялах шаардлагатай болдог бөгөөд энэ нь нэмэлт түлш зарцуулалтад хүргэдэг.

Гэхдээ хөөрөх үед сэнстэй холбогдсон олон цахилгаан моторууд далавчаа нэмж үлээх юм бол түүнийг хэт өргөн болгох шаардлагагүй болно. Онгоц богино хугацаанд хөөрөх бөгөөд аялалын хэсэгт нарийн далавч нь асуудал үүсгэхгүй. Хөдөлгүүрийн хөдөлгүүрээр хөдөлдөг сэнсний тусламжтайгаар машиныг урагш татах бөгөөд энэ үе шатанд далавчны дагуух сэнс нь буухын өмнө эвхэгддэг эсвэл татагддаг.

Жишээ нь НАСА-гийн X-57 Максвелл төсөл юм. Үзэл баримтлалыг харуулах хэрэгсэл нь далавч болон далавчны үзүүр дээр байрлуулсан 14 цахилгаан мотороор тоноглогдсон. Тэд бүгд зөвхөн хөөрөх, буух үед л ажилладаг. Хөдөлгөөний хэсэгт зөвхөн далавчны хөдөлгүүрүүд оролцдог.

Хөдөлгүүрийг ийм байдлаар байрлуулах нь эдгээр газруудад үүсэх эргэлтийн сөрөг нөлөөллийг багасгах боломжийг олгодог. Нөгөөтэйгүүр, цахилгаан станц нь нарийн төвөгтэй болж хувирдаг бөгөөд энэ нь засвар үйлчилгээ хийхэд илүү үнэтэй бөгөөд эвдрэл гарах магадлал өндөр байдаг гэсэн үг юм. Ер нь эрдэмтэн, зохион бүтээгч нарт бодох зүйл бий.

X-57 Максвелл

Шингэн азотыг арилгахад тусална

"Цахилгаан онгоц нь оновчтой болгох олон боломжийг олгодог" гэж Сергей Халперин хэлэв. - Та жишээ нь татах, түлхэх эрэгний хослолоор туршилт хийж болно. Цахилгаан мотор нь хөрвүүлэгч онгоцны хийн турбин хөдөлгүүртэй харьцуулахад илүү давуу талтай байдаг, учир нь цахилгаан моторыг хэвтээ байрлалд аюулгүй эргүүлэх нь уламжлалт хөдөлгүүртэй адил нарийн төвөгтэй инженерийн асуудал үүсгэдэггүй.

Цахилгаан онгоцонд та бүх системийг бүрэн нэгтгэж, шинэ хяналтын системийг бий болгож чадна. Гибрид машин хүртэл дуу чимээ багатай, утаа ялгаруулдаг."

Батерейны нэгэн адил цахилгаан мотор нь хүч нэмэгдэхийн хэрээр масс, эзэлхүүн, дулаан ялгаруулалтыг нэмэгдүүлдэг. Тэдгээрийг илүү хүчирхэг, хөнгөн болгохын тулд шинэ технологиуд шаардлагатай.

Эрлийз хөдөлгүүрийн системийг дотоодын үйлдвэрлэгчдийн хувьд дэлхийн өндөр температурт хэт дамжуулагч (HTSC) шинж чанартай материал нийлүүлэгч таван том компанийн нэг болох Оросын SuperOx компанитай хамтран ажиллах нь жинхэнэ нээлт байв. Одоо SuperOx нь хэт дамжуулагч материалаар (шингэн азотоор хөргөсөн) статор бүхий цахилгаан мотор бүтээж байна.

Нисэхийн сайн шинж чанартай эдгээр хөдөлгүүрүүд нь бүс нутгийн агаарын хөлгийн холимог цахилгаан станцын үндэс суурь болж, ирэх арван жилийн дундуур тэнгэрт хөөрч магадгүй юм. Энэ жил MAKS агаарын шоуны үеэр CIAM-ийн мэргэжилтнүүд 10 кВт-ын хүчин чадалтай ийм суурилуулалтыг үзүүлэв. Төлөвлөж буй онгоц нь тус бүр нь 500 кВт-ын хүчин чадалтай хоёр хөдөлгүүр бүхий эрлийз цахилгаан станцаар тоноглогдсон байна.

Халперин хэлэхдээ: Эрлийз цахилгаан онгоцны тухай ярихаасаа өмнө бидний суурилуулалтыг газар дээр, дараа нь нисдэг лабораторид туршиж үзэх хэрэгтэй. Энэ нь Як-40 болно гэж найдаж байна. Радарын оронд бид 500 кВт-ын HTSC цахилгаан моторыг машины хамарт хийж болно.

Бид төвийн хөдөлгүүрийн оронд турбо генераторыг сүүлэнд суулгана. Үлдсэн хоёр сарлагийн хөдөлгүүр нь бидний оюун ухааныг өргөн хүрээний өндөр (8000 м хүртэл), хурд (500 км / цаг хүртэл) туршиж үзэхэд хангалттай байх болно. Хэдийгээр эрлийз суурилуулалт амжилтгүй болсон ч онгоц нислэгээ аюулгүй хийж, газардах боломжтой. Үзүүлэх лабораторийг 2019 онд төлөвлөгөөний дагуу тохижуулна. Туршилтын мөчлөгийг урьдчилсан байдлаар 2020 онд хийхээр төлөвлөж байна.

Ухаалаг тэнгэр

Цахилгаан болон эрлийз хөдөлгүүр нь дэлхийн хамгийн том нисэх онгоц үйлдвэрлэгчдийн төлөвлөгөөнд чухал байр суурь эзэлдэг. AIRBUS компанийн "Ухаалаг тэнгэр" хөтөлбөрийн дагуу энэ зууны дунд үеийн зорчигч тээврийн агаарын тээврийн гол онцлог нь иймэрхүү харагдаж байна.

"Ногоон" нислэг

Ирээдүйн нисэх онгоц нь агаар мандалд нүүрсустөрөгчийн ул мөрийг багасгахад чиглэгдэх болно. Устөрөгчийн хийн турбин хөдөлгүүр, эрлийз, батерейгаар ажилладаг бүхэл бүтэн цахилгаан нисэх онгоцууд алдартай болно.

Батерейг байгаль орчинд ээлтэй цахилгаан эрчим хүчний эх үүсвэрээс цэнэглэнэ гэж таамаглаж байна. Агаарын талбайн бүсэд томоохон салхин цахилгаан станцууд эсвэл нарны цахилгаан станцууд гарч ирэх боломжтой.

Тэнгэрт эрх чөлөө

Ухаалаг онгоцнууд нь байгаль орчинд ээлтэй, түлшний хэмнэлттэй үзүүлэлтүүдийг үндэслэн цаг агаар, агаар мандлын мэдээлэлд дүн шинжилгээ хийх үндсэн дээр бие даан маршрут гаргах болно. Тэд мөн шувуудын сүрэг шиг формацид цугларах боломжтой бөгөөд энэ нь формац дахь бие даасан агаарын хөлгийн ачааллыг бууруулж, нислэгийн эрчим хүчний зарцуулалтыг бууруулна.

Харин газраас

Шинэ хөдөлгүүрийн систем ба агаарын хөлгийн аэродинамик нь нисэх онгоцны буудлын бүсэд дуу чимээг багасгахын тулд хамгийн эгц траекторийн дагуу хөөрөх боломжийг олгож, онгоц нь эдийн засгийн оновчтой шинж чанарыг харуулсан аялалын түвшинд аль болох хурдан хүрэх боломжийг олгоно.

Хөдөлгүүргүй буух

Ирээдүйн онгоцнууд гулсах горимд газардах боломжтой болно. Энэ нь шатахуун хэмнэж, нисэх онгоцны буудлын орчмын дуу чимээг бууруулах болно. Буух хурд ч бас буурна. Энэ нь нислэгийн зурвасын уртыг богиносгох болно.

Яндан байхгүй

Ирээдүйн нисэх буудлууд түлш шатаадаг дотоод шаталтат хөдөлгүүрийн хэрэглээг бүрмөсөн устгах болно. Таксины хувьд доторлогоонууд нь цахилгаан моторын дугуйгаар тоноглогдсон байна. Альтернатив хувилбар болох өндөр хурдны нисгэгчгүй цахилгаан тракторууд нь онгоцыг хормогчоос хөөрөх зурвас руу болон эсрэгээр нь хурдан хүргэх боломжтой болно.