Гибридная силовая установка с использованием электрического двигателя и двигателя внутреннего сгорания с общим приводом на воздушный винт

Краткая аннотация:

В данной работе разработана гибридная силовая установка (ГСУ) на базе двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и электрической силовой установки (ЭСУ). ГСУ состоит из ДВС, ЭСУ (в составе которой электродвигатель, контроллер управления электродвигателем), буферного аккумулятора, системы контроля и управления через совмещенную ручку управления силовой установкой. Использование ГСУ дает следующие преимущества: • Снижает стоимость покупки; • Повышает надежность за счет независимой работы ЭСУ; • Снижает удельную массу (ЭСУ заменяет стартер, генератор, редуктор); • Повышает удельную мощность; • Снижает вредные выбросы в атмосферу (за счет меньшего расхода топлива ДВС). • Уменьшает зависимость мощности силовой установки от высоты базирования летательного аппарата. Основное назначение ГСУ – использование в качестве маршевой силовой установки на легких летательных аппаратах (ЛА). Электрическая силовая установка в составе гибридного двигателя предназначена для кратковременного использования на режимах, требующих повышенной мощности (взлет, набор высоты) и для повышения надежности силовой установки ЛА за счет независимой работы ДВС и ЭСУ. Предполагается три режима работы ГСУ. Первый - режим повышенной мощности, при котором кратковременно совместно работают две силовые установки (ДВС и ЭСУ с питанием от буферного аккумулятора). Второй - крейсерский режим работы, при котором работает двигатель внутреннего сгорания, ЭСУ отключена или работает в режиме рекуперации энергии в буферную батарею. Третий - аварийный, при котором работает ЭСУ (при отказе ДВС) обеспечивая меньшую скорость снижения летательного аппарата. Отдельно разрабатывается система управления ГСУ. Основная концепция - совмещенная ручка управления двигателем (РУД), в зависимости от положения которого определяется режим работы ГСУ. РУД имеет два рабочих диапазона. Первый диапазон (0–80%) - осуществляется управление мощностью ДВС (0-100%). Второй диапазон (80–100%) соответствует 100% мощности ДВС и 0 –100% мощности ЭСУ. Стадии развития проекта: 1. Разработка и выпуск КД (2 кв. 2021 г.); 2. Закупки материалов и комплектующих, изготовление стенда (3-4 кв. 2021 г.); 3. Сборка и запуск ДВС, отработка режима синхронизации (4 кв. 2021 г.); 4. Проведение наземных стендовых испытаний (1-2 кв. 2022 г.); 5. Подготовка к летным испытаниям (3-4 кв. 2022 г.); 6. Проведение летных испытаний (2023 г.); Работы по разработке ГСУ ведутся на кафедре НИО 203 МАИ на этапе стендовых испытаний. Важным направлением является импортозамещение компонентов ГСУ на отечественные. Сейчас в разрабатываемой ГСУ доля отечественных компонентов 70%. Проводятся работы по разработке контроллеров для электродвигателей и есть возможность отказаться от зарубежных компонентов. Направления внедрения результатов проекта: o Использование ГСУ в качестве силовой установки для беспилотной авиации и авиации общего назначения; o Использование сформированного научно-технического задела при разработке ГСУ большей мощности.