"Зеленая авиация": новая разработка учёных МАИ позволит строить тихие и экологичные самолёты

Специалисты Московского авиационного института создали и испытали уникальный маломасштабный демонстратор сверхпроводниковой системы. Такие системы нужны для создания экологически нейтральных летательных аппаратов с количеством пассажиров более 70 человек. Разработка учёных позволит строить самолёты, которые имеют сниженное потребление топлива и, соответственно, уменьшенное влияние на атмосферу.

Демонстратор представляет собой канал генерирования постоянного тока напряжением 540 В и является системой, состоящей из пяти устройств: сверхпроводящего генератора, сверхпроводящего кабеля, выпрямительного устройства, накопителя энергии и системы криогенного охлаждения. Всё это разработки различных подразделений Московского авиационного института.

Таких систем в мире пока нет. Конкурентом можно считать проект Ascend, который реализует Airbus. По заявлениям разработчиков, первые испытания этой системы должны начаться в 2023 году. Можно сказать, что мы немного обгоняем наших западных коллег, – говорит начальник НИО-310 «Электроэнергетические, электромеханические и биотехнические системы» МАИ Николай Иванов.
Со слов разработчиков, особенность системы ещё и в том, что каждое из пяти упомянутых устройств само по себе уникально. Например, выпрямительное устройство имеет криогенное охлаждение: исследованием подобных устройств в мире занимаются всего несколько научных групп. Сверхпроводниковый кабель имеет уникальную конструкцию, которая призвана повысить его рабочие характеристики. Система криогенного охлаждения замкнутого типа позволяет производить непрерывное длительное охлаждение устройств. Генератор имеет сверхпроводниковую обмотку якоря, которая стала предметом исследований — например, до сих пор нет сложившейся теории и методики расчёта потерь в ней.

Разработанный прототип сверхпроводниковой системы — это элемент системы электроснабжения, или электродвижения будущих летательных аппаратов. Его расположение на борту летательного аппарата будет существенно зависеть от компоновки аппарата, от передаваемой мощности, уровня температуры и других параметров. При этом снижение уровня вредных выбросов будет реализовано в первую очередь за счёт снижения потребления топлива газотурбинным двигателем и оптимального распределения мощности между тепловой и электрической энергией.

По словам учёного, на данный момент демонстратор прошёл все запланированные испытания. Полученные экспериментальные данные в дальнейшем позволят увеличить надежность и эффективность сверхпроводниковых систем, так как при работе сверхпроводящей системы даже любая мелочь — будь то всплеск тока, колебание температуры, чрезмерные вибрации — может привести к нештатной ситуации.

Следующий глобальный шаг — переход к опытной эксплуатации. Маёвские разработчики в первую очередь смотрят в сторону авиационных систем. Потенциальными заказчиками следующего этапа работ могут стать научно-исследовательские институты соответствующего направления.

Для себя мы ставим задачу постановки подобных систем в опытную эксплуатацию. Это сложная задача. И в первую очередь она связана именно с определением законов взаимного влияния устройств в системе. Кроме того, очень важно разработать методы предиктивного анализа (мониторинга состояния) сверхпроводниковых устройств,— уточняет Николай Иванов.
Проект был запущен в 2020 году, он стал одним из победителей конкурса Минобрнауки России на предоставление грантов в форме субсидий на проведение крупных научных проектов по приоритетным направлениям научно-технологического развития. Коллектив учёных составляет порядка 150 человек. Это опытные специалисты, доктора и кандидаты наук, а также молодые учёные, аспиранты и студенты МАИ. К работе также привлечены специалисты Института теплофизики СО РАН, выполняющие исследования в области создания высокоэффективных и реализуемых на практике методов интенсификации теплообмена и повышения предельно отводимых тепловых потоков при кипении и свободной конвекции в криогенном хладагенте, в разработке современных методов тепловой стабилизации энергетических систем, основанных на эффекте сверхпроводимости с использованием ВТСП-элементов, а также исследования комплекса теплофизических свойств сверхпроводящих лент, электроизоляционных материалов и нового поколения теплоносителей.

В ходе выполнения проекта опубликовано более 20 научных статей в зарубежных и российских журналах, зарегистрировано более 15 результатов интеллектуальной деятельности. Проект выполнен в тесном сотрудничестве с отраслевыми институтами, такими как ЦАГИ, ЦИАМ, ГОСНИИАС. Кроме того, постоянный диалог о перспективах разработки и внедрения гибридных силовых установок ведется с ОДК.