.jpg)
Ученые из Университета Гонконга и Северо-Западного политехнического университета Китая представили концепцию инновационного гибридного двигателя для широкофюзеляжных самолетов. Новая силовая установка объединяет газовую турбину и высокотемпературные водородные топливные элементы. В случае успешной реализации это позволит увеличить продолжительность полета без дозаправки до 17 часов и полностью исключить выбросы CO2.
Необходимость электрификации авиационного транспорта обусловлена его растущей долей в мировых выбросах углекислого газа. Реактивные двигатели на керосине остаются главным источником загрязнений. Однако в настоящее время создание полностью электрических самолетов на аккумуляторах не представляется возможным, так как батареи слишком тяжелые и не обеспечивают необходимой дальности. Топливные элементы на водороде значительно эффективнее, но они требуют сложной системы хранения и не всегда справляются с нагрузкой.
Китайские ученые предложили встроить высокотемпературный топливный элемент в турбовентиляторный двигатель, который сможет работать в двух режимах. При такой схеме во время взлета и при наборе высоты работает гибридный режим. Газовая турбина и топливные элементы подключаются одновременно, чтобы выдать максимум мощности. На крейсерской скорости система переключается на электрический режим, где основную работу берут на себя топливные элементы.
Для проверки этой гипотезы ученые построили подробную математическую модель двигателя и всей энергетической системы самолета. В расчеты включили аэродинамику, работу топливных элементов и процессы, происходящие в криогенных баках с жидким водородом. Моделирование позволило проследить, как изменяются характеристики установки на разных скоростях, высотах и при различных нагрузках. Особое внимание уделили хранению топлива. Поскольку жидкому водороду требуется больший объем, чем керосину, ученые рассмотрели вариант удлинения фюзеляжа, чтобы разместить внутри дополнительные криогенные баки.
Результаты оказались впечатляющими. На крейсерском режиме удельный расход топлива оказался на 12,6% ниже, чем у турбовентилятора, а при дросселировании тяга выросла на 10%.
Расчеты также показали, что при удлинении фюзеляжа на 20% самолет может полностью перейти на водородное топливо. Это означает полное исключение выбросов CO2, которые составляют около 300 тонн за рейс. Кроме того, новый двигатель позволит уменьшить массу лайнера почти на 97 тонн, а продолжительность полета без дозаправки превысит 17 часов, что на 20% дольше, чем у обычного самолета.
Ученые уверены, что реализация концепции гибридного двигателя является вопросом ближайшего будущего. При этом сам проект они предлагают рассматривать как переходный шаг. В дальнейшем именно такие технологии могут стать основой для создания полностью водородных самолетов.
