No último show aéreo MAKS-2021, a Russian United Engine Corporation (UEC) apresentou uma série de desenvolvimentos promissores em diferentes direções. Uma das exposições mais interessantes de seu estande foi a maquete de uma usina híbrida (GSU) em desenvolvimento para implementação na aviação. Espera-se que tal GSU seja capaz de encontrar aplicação em vários projetos de aeronaves e fornecer alto desempenho.
Direção promissora
As plantas híbridas baseadas em uma turbina a gás ou motor a pistão acopladas a vários componentes elétricos têm uma série de características e vantagens importantes em relação aos sistemas tradicionais. Essas vantagens podem ser usadas em vários campos, incl. na aviação. Atualmente, em vários países ao mesmo tempo, o desenvolvimento de UGs de aviação de diferentes composições está sendo realizado. Alguns projetos já foram levados para bancada e testes de campo.
Em agosto de 2020, a UEC russa lançou um projeto semelhante. JSC UEC-Klimov foi nomeado o desenvolvedor líder. O objetivo do novo projeto é criar um circuito HSS sequencial promissor com uma capacidade de 500 kW. Esta instalação será baseada no mais recente motor turboeixo VK-650V.
Até agora, os estágios iniciais do projeto foram concluídos e a aparência geral da instalação foi determinada. Além disso, foi feito um mock-up, mostrado na recente feira MAKS-2021. Em um futuro próximo, haverá um modelo de demonstração para testes de bancada. Nos próximos anos, atingirá sua capacidade máxima e permitirá a transição para novas etapas.
Segundo a UEC, em 2022, um modelo de demonstração da GSU deverá apresentar uma potência de 150 kW e garantir a verificação das soluções preconizadas. Em seguida, será finalizado, e os testes estão previstos para 2023 com o alcance da potência de projeto de 500 kW. Com base nos resultados dessas atividades, em 2024, o trabalho de projeto experimental começará a criar um GSU completo para uso em aeronaves. A conclusão está prevista para 2028.
A UEC já identificou as áreas de aplicação do promissor GSO. Este sistema pode ser utilizado em aviões para linhas locais, em helicópteros multifuncionais leves e em UAVs de até 8 toneladas, podendo também ser utilizado em diversos veículos de decolagem vertical, em promissores "táxis aéreos", etc. Um sistema semelhante para barcos e navios será desenvolvido com base no GSU de aviação. Irá desenvolver uma capacidade de 200-250 kW.
Look mock-up
No MAKS-2021, um mock-up de um GSU foi demonstrado em uma configuração para um UAV do tipo helicóptero com quatro rotores. As unidades da instalação foram colocadas em um estande simulando um produto similar. Essa abordagem do visor permite avaliar o tamanho do GSU e as características de sua colocação na aeronave.
Um conjunto gerador de turbina a gás compacto baseado em um motor existente de potência suficiente foi colocado em uma fuselagem convencional. Uma bateria e unidades eletrônicas de energia foram instaladas ao lado dela. Nas "asas" foram colocados quatro motores elétricos com rotores. Todos os componentes do GSU foram conectados por cabos.
O layout reflete o esquema geral e a composição do promissor GSU em relação ao quadrocopter. Aeronaves de outros esquemas e classes receberão instalação de composição e arquitetura diferentes. Assim, é possível usar um número diferente de motores elétricos, diferentes configurações de bateria, etc.
Os princípios de operação do novo GSU são bastante simples. Um motor turboeixo com gerador gera energia elétrica para a eletrônica de potência. Este último é responsável por controlar os motores elétricos responsáveis pelo vôo, além de recarregar as baterias. Os modos de operação da instalação do UEC ainda não foram especificados.
Dificuldades e vantagens
Uma planta híbrida baseada em um motor turboeixo e componentes elétricos tem uma série de vantagens distintas sobre os sistemas tradicionais. Ao mesmo tempo, também existem desvantagens de vários tipos. Obviamente, a abordagem correta do projeto do GSU em si e da seleção da aeronave para ele permitirá que você obtenha o máximo retorno com o mínimo de desvantagens.
Os sistemas de turbina a gás incluem uma série de componentes diferentes, razão pela qual ele difere dos sistemas tradicionais de turbina a gás em sua maior complexidade e custo. Além disso, a instalação híbrida possui maior volume e massa total, o que impõe restrições ao desenvolvimento do porta-aviões. Ao mesmo tempo, as unidades GSU não precisam de uma conexão mecânica rígida entre si e podem ser espaçadas nos volumes disponíveis, o que simplifica o layout da aeronave.
As plantas híbridas podem apresentar alta eficiência de combustível. Para isso, o motor turboeixo deve operar em modos ótimos que proporcionem um consumo mínimo de combustível, e os sistemas de controle têm a tarefa de distribuir corretamente a eletricidade entre os motores e as baterias de acordo com o modo de voo atual. Ao mesmo tempo, outras características também são aprimoradas: o recurso cresce e as emissões nocivas são reduzidas.
O vôo do dispositivo com o GSU é realizado por motores elétricos controlados por eletrônicos. Isso permite que você mantenha o modo de operação necessário com mais eficácia, bem como altere-o rapidamente, levando em consideração as mudanças nas condições. Em particular, irá garantir uma liberação rápida para a potência máxima.
Dependendo dos princípios de composição e gestão, o GSU é teoricamente capaz de operar em vários modos, incl. sem o uso de um motor turboeixo - apenas devido às baterias. Este modo aumentará a confiabilidade e segurança: em caso de falha do motor principal e do gerador, a aeronave poderá continuar seu vôo.
Planos para o futuro
Graças a uma ou outra vantagem, as usinas híbridas de diferentes arquiteturas podem encontrar um lugar na aviação e impulsionar os sistemas tradicionais. GSOs são de interesse no contexto do desenvolvimento de aeronaves e helicópteros tripulados e não tripulados. No entanto, embora não se deva esperar que em um tempo razoável, eles serão capazes de substituir completamente outras opções de usinas de energia.
O potencial do GSO atrai naturalmente desenvolvedores e clientes de diferentes países e, desde o ano passado, a indústria russa está intimamente envolvida neste tópico. Os primeiros trabalhos já foram realizados, os princípios gerais de projetos promissores foram formados e as áreas futuras de sua aplicação foram identificadas. Além disso, um modelo do produto futuro é mostrado e eventos para os anos futuros são anunciados.
O trabalho de desenvolvimento em uma usina de 500 kW baseada no motor VK-650V ocorrerá em 2024-28. Assim, já em meados da década ou no início da segunda metade, pode-se esperar o surgimento dos primeiros projetos de aeronaves de pleno direito para o GSU da aviação doméstica. Projetos para a introdução de sua modificação naval também deverão aparecer.
Não se sabe quais serão as aeronaves e os barcos com uma usina híbrida. No entanto, é claro que essa direção tem um grande potencial e permite que você obtenha oportunidades muito interessantes. Deve ser desenvolvido tendo em vista a aplicação prática. É o que a UEC vem fazendo desde o ano passado - e já está pronta para mostrar os primeiros resultados.
