Mikhail Gordin: chúng tôi là người đầu tiên thử nghiệm động cơ điện siêu dẫn trong chuyến bay
Trong khuôn khổ Triển lãm Hàng không và Vũ trụ MAKS-2021 diễn ra vào tháng 6 vừa qua , đã diễn ra chuyến bay trình diễn đầu tiên của chiếc máy bay độc nhất vô nhị trong lịch sử thế giới. Yak-40LL, được trang bị một nhà máy điện hỗn hợp dựa trên động cơ tuabin khí và động cơ điện siêu dẫn, đã bay lên bầu trời. Tổng giám đốc của Viện Động cơ Hàng không Trung ương có tên là P.I. Baranova, ứng cử viên của khoa học kỹ thuật Mikhail Gordin .
- Mikhail Valerievich, điều đó không nguy hiểm khi điều khiển máy bay trong chuyến bay trình diễn đầu tiên trước khán giả?
- Chuyến bay đầu tiên của Yak-40LL được thực hiện sớm hơn rất nhiều, vào ngày 17 tháng 6. Phòng thí nghiệm bay đã vượt qua tất cả các kiểm tra mặt đất cần thiết và bay từ Novosibirsk đến Zhukovsky bằng động cơ của riêng mình. Chuyến bay trình diễn không gây rủi ro cho khán giả và phi công thử nghiệm. Rủi ro chính đối với chúng tôi là việc hủy chuyến bay trình diễn vì lý do kỹ thuật. Ban đầu, chúng tôi muốn tổ chức nó sớm hơn một chút, nhưng những khó khăn về hậu cần phát sinh do coronavirus đã ngăn cản nó. Giờ đây, tất cả các nhà máy đều được định hướng lại để sản xuất oxy lỏng cho các bệnh viện, do đó, có một số khó khăn trong việc cung cấp kịp thời nitơ lỏng. Và nó là cần thiết để làm mát các chất siêu dẫn của nhà máy điện lai. Vì vậy, họ chỉ có thể bay sau khi giải quyết vấn đề này. Và mục đích chính của chuyến bay trình diễn là thể hiệnrằng máy bay đang bay bình thường - đã đạt được.
- Sự độc đáo của chuyến bay là gì?
- Đây là chuyến bay thử nghiệm động cơ máy bay điện siêu dẫn đầu tiên trên thế giới. Cần phải hiểu rằng Yak-40LL với động cơ này không phải là nguyên mẫu của máy bay thế hệ mới mà cho đến nay chỉ là một phòng thí nghiệm bay để nghiên cứu trình diễn công nghệ động cơ hybrid và động cơ điện. Nhưng khi 20-40 năm nữa, ô tô điện dựa trên chất siêu dẫn nhiệt độ cao sẽ được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không thế giới, mọi người sẽ nhớ rằng sự khởi đầu được đặt ra tại triển lãm hàng không MAKS-2021.
- Ông đánh giá thế nào về bản thân chuyến bay, nó có thành công không?
- Ồ chắc chắn rồi. Thực tế là việc tiếp nhận chuyến bay và việc thực hiện nó thành công là rất quan trọng đối với chúng tôi. Rốt cuộc, đây không phải là một động thái quảng cáo, mà là sự hoàn thành một giai đoạn dài của công việc nghiên cứu về sự phát triển và thử nghiệm trên mặt đất của một số hệ thống và cơ chế. Không phải vô cớ mà chuyến bay trình diễn đầu tiên được coi là một cột mốc quan trọng trong sự phát triển của công nghệ hàng không mới.
- Các bài kiểm tra tiếp theo sẽ diễn ra như thế nào?
- Phòng thí nghiệm bay đã quay trở lại Novosibirsk, nơi nó sẽ tiếp tục các chuyến bay thử nghiệm. Cùng với SibNIA mang tên S.A. Chaplygin (CIAM là người thực hiện chính của dự án, SibNIA chịu trách nhiệm về phòng thí nghiệm bay, cả hai tổ chức đều là một phần của Trung tâm Nghiên cứu Khoa học "Viện được đặt tên theo NE Zhukovsky" - ed.), Chúng tôi phải kiểm tra hoạt động của các hệ thống dưới các chế độ bay khác nhau, trong các điều kiện rung và quá tải khác nhau. Cần phải hiểu sức mạnh của việc phát điện thay đổi như thế nào ở các độ cao khác nhau. Tất cả các kế hoạch đều được phản ánh trong chương trình thử nghiệm, sẽ kéo dài đến nửa đầu năm 2022. Tất nhiên, thời hạn không nghiêm ngặt và phụ thuộc vào những khó khăn mà chúng tôi gặp phải trong chuyến bay. Ngay sau khi mọi thứ theo kế hoạch được hoàn thành, chúng tôi sẽ tháo dỡ tất cả các thiết bị khỏi phòng thí nghiệm bay và lập kế hoạch sử dụng máy bay tiếp theo.
- Đó là, động cơ và nhà máy điện này sẽ không đi trên bất kỳ máy bay thực sự?
- Chắc chắn. Nó là một công cụ trình diễn độc quyền cho sự phát triển công nghệ.
- Có phản hồi nào từ khách hàng tiềm năng Nga và các đối thủ nước ngoài của bạn sau chuyến bay trình diễn đầu tiên không?
- Chuyến bay trình diễn chỉ là một phần của công việc nghiên cứu, do đó, còn quá sớm để nói về phản ứng của doanh nghiệp, nhưng các đồng nghiệp-kỹ sư người Nga của chúng tôi đang gọi điện chúc mừng. Tôi thấy rất nhiều ấn phẩm về chủ đề này. Cho đến nay, vẫn chưa nhận được lời chúc mừng nào từ các đồng nghiệp nước ngoài.
Vào mùa thu ở Pháp, và sau đó là ở Đức, hai hội nghị khoa học quan trọng về động cơ điện sẽ diễn ra, chúng tôi dự định sẽ công bố ở đó kết quả sơ bộ của các thử nghiệm bay của chúng tôi. Tôi tin rằng sau buổi báo cáo, mọi người sẽ xếp hàng dài với mong muốn được trò chuyện cùng chúng tôi. Cộng đồng chuyên nghiệp hiểu rằng chuyến bay này có ý nghĩa như thế nào. Rốt cuộc, các đồng nghiệp nước ngoài, bao gồm cả những người quan tâm hàng không thế giới, mới bắt đầu nghiên cứu việc sử dụng chất siêu dẫn trong hàng không, và chúng tôi đã bay chúng ở Nga.
- Sau khi hoàn thành dự án này, CIAM và ngành động cơ máy bay Nga nói chung có những kế hoạch gì trong lĩnh vực phát triển động cơ điện?
- Hướng chính là chuyển động theo hướng sử dụng hydro thay vì nitơ làm chất làm lạnh. Giảm nhiệt độ khi sử dụng chất siêu dẫn làm tăng đáng kể mật độ dòng điện và công suất của từ trường. Theo tính toán của chúng tôi, với cùng đặc điểm về trọng lượng và kích thước, công suất của động cơ điện sử dụng hydro sẽ tăng gấp ba lần so với nitơ. Một động cơ điện hiện nay thường tạo ra công suất 500 kilowatt, với cùng kích thước và trọng lượng, có thể tạo ra 1,5 megawatt.
Việc chuyển đổi sang nhiên liệu hydro là một xu hướng toàn cầu. Tất nhiên, nó sẽ là cần thiết để thay đổi vật liệu, giải quyết một số vấn đề kỹ thuật. Đây là một nhiệm vụ lớn và khó khăn, nhưng phải hiểu cách giải quyết.
Ngoài ra, hiện nay trên Yak-40LL chúng tôi có một động cơ tuabin khí trục cánh quạt TV2-117 để thử nghiệm công nghệ đẩy điện. Ở giai đoạn tiếp theo, chúng tôi sẽ thay thế nó bằng một động cơ VK-2500 nối tiếp hiện đại, yêu cầu lắp đặt một máy phát điện có công suất hai megawatt. Hơn nữa, chúng tôi cũng muốn chuyển động cơ VK-2500 sang nhiên liệu hydro. Đây sẽ là một dự án riêng biệt với sự hợp tác của United Engine Corporation, với một bể chứa đông lạnh, hệ thống điều khiển nhiệt và nguồn cung cấp hydro lỏng. Theo ước tính sơ bộ, quá trình tạo ra một động cơ như vậy sẽ mất khoảng 5 năm và sẽ bao gồm toàn bộ phạm vi công việc và thử nghiệm. Sau đó - các cuộc thử nghiệm bay, có thể trên cùng một chiếc Yak-40LL, hiện đang tham gia các cuộc thử nghiệm, một động cơ siêu dẫn 500 watt.
Song song với dự án này, cần phải cố gắng tạo ra một cỗ máy điện có công suất lớn hơn nữa, có thể là chuyển một số máy phát khí khác sang nhiên liệu hydro. Tất cả những điều trên sẽ cho phép đến năm 2030 tích lũy đủ lượng kiến thức và cơ sở khoa học kỹ thuật để phát triển máy bay trình diễn cho các công nghệ này. Với khả năng cao, nó sẽ xuất hiện không sớm hơn năm 2035. Theo dự báo của chúng tôi và nước ngoài, máy bay đường dài sử dụng nhiên liệu hydro đông lạnh, công nghệ siêu dẫn và động cơ điện ngoài động cơ nhiệt sẽ chỉ xuất hiện vào giữa thế kỷ này.
Máy bay hybrid và máy bay chạy hoàn toàn bằng điện nhỏ sẽ xuất hiện sớm hơn, chúng đã có mặt ở đó. Một số dự án như vậy đã được trình bày tại MAKS. Lấy ví dụ như máy bay Sigma-4E mà chúng tôi đã trình diễn. Nó là một loại máy bay nhỏ, chạy hoàn toàn bằng điện, có người lái chạy bằng pin. Nó có khả năng vận chuyển hai người trên quãng đường 100 km. Nếu bây giờ chúng ta bắt tay vào chuẩn bị hồ sơ thì sang năm có thể lấy được giấy chứng nhận đủ điều kiện bay cho chiếc máy bay này và bắt đầu khai thác nó. Một chiếc máy bay Pipistrel nhỏ đã bay ở châu Âu. Hãy xem liệu nó có thành công về mặt thương mại hay không, nếu các đồng nghiệp của chúng ta có thể bán đủ số lượng bản sao cần thiết để thu hồi vốn phát triển.
- Nếu so sánh về trình độ phát triển công nghệ, Nga đi trước hay tụt hậu so với các nước khác trong lĩnh vực động cơ điện hàng không?
- Về việc tạo ra các hệ thống dựa trên chất siêu dẫn, nhờ nhà phát triển người Nga "SuperOx", một trong những công ty hàng đầu thế giới trong lĩnh vực kiến thức này, chúng tôi đã đi trước các đối thủ nước ngoài hai hoặc ba năm. Đây là một khoảng thời gian rất dài trong ngành hàng không. Điều chính là không để chậm lại.
Nếu nói về động cơ điện "truyền thống", thì ở đây chúng ta cùng cấp với họ, có thể tụt hậu một chút. Nhưng chúng tôi phải thừa nhận rằng chi phí của chúng tôi trong lĩnh vực này thấp hơn không thể so sánh được.
- Theo ông, máy bay điện sẽ thành công về mặt thương mại như thế nào?
- Không ai sẽ đưa ra một dự báo, bởi vì họ không biết. Có một sự thật được mọi người chấp nhận: động cơ điện có hiệu suất rất cao, nhưng bạn phải mang theo những cục pin nặng bên mình. Hiện vẫn chưa rõ khi nào và ai sẽ có thể phát minh ra pin nhẹ hơn. Điều này có thể làm giảm đáng kể trọng lượng và thúc đẩy sự phát triển của công nghệ, tăng tính cạnh tranh. Trong số các vấn đề, việc phát triển và sản xuất động cơ điện để thử nghiệm rất tốn kém. Tôi thừa nhận rằng khi chuyển sang một lô, giá vốn có thể giảm xuống. Trong số những ưu điểm, tôi lưu ý đến việc tăng hiệu quả sử dụng động cơ điện, không có chỉ số phát thải các chất độc hại vào khí quyển. Các hệ thống hybrid kết hợp động cơ truyền thống và ô tô điện có cơ hội tốt hơn nhiều cho đến nay. Mặc dù chúng nặng hơn các động cơ truyền thống,có được nhờ các chế độ hoạt động tối ưu của toàn bộ hệ thống ở các giai đoạn khác nhau của chuyến bay: trong quá trình cất cánh, lên cao, hành trình và hạ cánh.
Việc giới thiệu điện cơ sẽ diễn ra dần dần. Máy bay hybrid nối tiếp có thể sẽ xuất hiện trong vòng 5 đến 7 năm tới. Đây sẽ là những chiếc máy bay dành cho 9-19 hành khách phục vụ các hãng hàng không trong nước và sau đó là các hãng hàng không trong khu vực.
Một số dự án lai ghép ở các mức độ khác nhau hiện đang được thực hiện ở phương Tây. Có những cái hoàn toàn là khoa học, có những công ty khởi nghiệp với một tình huống kinh doanh bài bản. Tuy nhiên, những người sau không miễn nhiễm với thất bại.
- Vậy thì liệu có tin tưởng rằng động cơ điện và nhà máy năng lượng hỗn hợp sẽ có nhu cầu trong ngành hàng không, nếu thành phần thương mại của chúng không rõ ràng?
- Điều này được chỉ ra trực tiếp bởi áp suất điều chỉnh. ICAO (Tổ chức Hàng không Dân dụng Quốc tế - Ed.) Đã quyết định giảm một nửa lượng khí thải carbon dioxide năm 2010 vào năm 2050. Đồng thời, có dự báo về sự tăng trưởng gấp ba lần của đội máy bay thế giới trong cùng một ngày. Nó chỉ ra rằng lượng khí thải CO2 cho một loại máy bay cụ thể sẽ giảm sáu lần - lên đến 13% so với mức năm 2010. Không thể làm được điều này với động cơ tuabin khí nhiệt. Có thể tối ưu hóa đường lượn, đường bay của máy bay, cải tiến động cơ truyền thống, nhưng giảm phát thải chất độc hại xuống 6 lần là không thực tế, cần phải có những công nghệ đột phá. Ngoài ra, điện, động cơ hybrid và hydro làm nhiên liệu.
Chúng ta có thể lấy nước và sử dụng điện xanh, điện phân để lấy hydro từ nó làm nhiên liệu. Kết quả của quá trình đốt cháy nó trong động cơ máy bay sẽ lại trở thành nước, tức là nó là một nguồn năng lượng hoàn toàn có thể tái tạo. Thêm vào đó, hydro hiệu quả hơn dầu hỏa. Năng lượng có thể được chiết xuất từ một kg hydro lỏng nhiều hơn gần ba lần so với từ nhiên liệu máy bay. Tuy nhiên, hydro có tỷ trọng thấp, điều này sẽ đòi hỏi các thùng nhiên liệu lớn để chứa nó và theo đó, điều chỉnh lại kiến trúc của máy bay. Ví dụ: không phải là "ống có cánh" cổ điển, mà là "cánh bay" hoặc một cái gì đó khác.
- Bây giờ bạn cùng với Viện nghiên cứu khoa học về ô tô và ô tô Trung ương đang điều chỉnh động cơ ô tô của dự án Cortege cho mục đích sử dụng hàng không. Có triển vọng nào cho việc giới thiệu động cơ điện máy bay trong các lĩnh vực khác không?
- Có triển vọng và cơ hội. Ví dụ, chúng tôi quyết định từ năm tới sẽ cố gắng tổ chức sản xuất quy mô nhỏ động cơ điện từ dự án Sigma-4. Có một khả năng khá cao là nó sẽ có nhu cầu trên thị trường. Vấn đề vẫn là ở chi phí: động cơ máy bay, do sử dụng các giải pháp phức tạp và sản xuất hàng loạt nhỏ, đắt hơn động cơ ô tô.
Hiện CIAM cùng với Foundation for Advanced Research đang thảo luận về khả năng phát triển một đơn vị điện nhỏ gọn có công suất 350 kilowatt dựa trên động cơ piston quay. Nó cũng có thể được sử dụng như một trạm tĩnh hoặc lắp đặt trên xe tải.
- Nếu chúng ta quay trở lại động cơ máy bay APD-500 dựa trên động cơ từ dự án "Cortege", thì hiện nay các cuộc thử nghiệm của nó đang ở giai đoạn nào?
- Một động cơ đã được tạo ra ở dạng cấu trúc hai (KO-2), vào mùa thu chúng tôi sẽ lắp nó vào Yak-18T và bắt đầu chạy bộ. Sau đó là các chuyến bay. Cuối năm nay - đầu năm sau, máy bay sẽ thực hiện những chuyến bay đầu tiên. Cần hiểu rằng APD-500 không phải là một sản phẩm nối tiếp, mà là một dự án nghiên cứu để phát triển các công nghệ. Không phải ai cũng hiểu được sự khác biệt và thực chất của dự án.
Đồng thời, công việc đang được tiến hành để tạo ra một phiên bản của động cơ này cho máy bay hạng nhẹ thuộc thể loại nhào lộn trong dự án Tsirkach. Chúng tôi dự định tập hợp người biểu tình này vào mùa đông và thử nghiệm nó trên các khán đài trên mặt đất. Sau đó, chúng tôi dự định lắp đặt nó trên một phòng thí nghiệm bay dựa trên máy bay Yak-52 và thử nghiệm nó tại SibNIA. Các chuyến bay thử nghiệm sẽ bắt đầu vào năm tới.
Tôi nhắc lại rằng những người trình diễn này được thiết kế để chứng minh khả năng cơ bản của việc tạo ra động cơ máy bay từ động cơ ô tô. Có những điểm tương tự như vậy trên thế giới, chúng tôi là người đầu tiên ở Nga.
Hơn nữa, liên quan đến động cơ APD-500, chúng tôi có một sự lựa chọn - cung cấp cho nó để sản xuất một phần hoặc sản xuất một phiên bản nối tiếp. Sau đó sẽ yêu cầu tổ chức và thực hiện công việc thiết kế thử nghiệm kéo dài đến 2,5 năm.
Đặc thù của động cơ nối tiếp là tất cả các động cơ nối tiếp phải hoàn toàn giống nhau, để kết quả thử nghiệm của một vài mẫu đầu tiên xác nhận các đặc tính, độ tin cậy và an toàn của toàn bộ loạt động cơ. Các động cơ được sản xuất trong một bản sao có thể khác nhau về cấu trúc và đối với động cơ nối tiếp, trước tiên bạn phải phát hành tất cả các tài liệu cần thiết, ổn định công nghệ sản xuất hàng loạt, giao hàng thông qua hợp tác và sau đó thực hiện toàn bộ chu trình thử nghiệm. Kết quả là một động cơ tiêu chuẩn được chứng nhận có thể được sản xuất hàng loạt. Và điều này sẽ giúp bạn có thể thiết kế máy bay nối tiếp chính xác chứ không phải đơn lẻ. Nếu bạn có một động cơ, thì việc phát triển một chiếc máy bay cho nó sẽ dễ dàng hơn là làm ngược lại - phát triển một chiếc máy bay và sau đó tìm kiếm động cơ cho nó trên khắp thế giới. Ngoài ra,APD-500 sẽ cạnh tranh về giá, vì lấy động cơ ô tô nối tiếp làm cơ sở. Do đó, nhu cầu xuất khẩu có thể phát sinh đối với nó. Các nhà phát triển máy bay cho công việc nông nghiệp đã quan tâm đến động cơ này. Với sức mạnh động cơ này, máy bay có khả năng nâng một lượng lớn thuốc trừ sâu, hoặc ví dụ, có thể phát triển một loại máy bay 9 chỗ ngồi hai động cơ cho các hãng hàng không địa phương.
- APD-500 có thể thay thế động cơ piston RED A03T V12 của Đức trên Yak-152 không?
- Về mặt vật lý, không có gì ngăn cản bạn cài đặt nó trên Yak-152. Sở hữu trí tuệ cho tất cả các yếu tố của nó thuộc về Nga. Do đó, chúng tôi nhận thấy triển vọng của động cơ máy bay này tại thị trường nội địa. Chúng tôi cũng đang thảo luận về khả năng thiết kế một động cơ diesel 500 mã lực mới không phải để thay thế động cơ RED mà là động cơ tương tự cho máy bay Yak-152. Thực tế là rất khó để tạo ra một sự thay thế, khó khăn chính nằm ở việc bố trí và sử dụng thành công các thành phần không được sản xuất ở Nga. Liệu có cần thiết và có thể trang bị một động cơ khác cho Yak-152 hay không là một câu hỏi đối với nhà thiết kế máy bay và khách hàng nhà nước, và trong mọi trường hợp, nó là một chủ đề cho sự phát triển phát triển riêng biệt.
Mikhail Gordin: we were the first to test a superconducting electric motor in flight
Михаил Гордин: мы первыми испытали в полете сверхпроводящий электромотор
В рамках прошедшего в июне авиационно-космического салона МАКС-2021 состоялся первый в мировой истории демонстрационный полет уникального самолета. В небо... РИА Новости, 01.09.2021
ria.ru
life.ru
