Гибридный самолёт./ Фото: flyer.co.uk
Гибридные автомобили экономят топливо и снижают выбросы, поэтому кажется вполне логичным, что и самолёты с их огромным аппетитом должны пойти тем же путём. Но в небе царят совершенно другие законы. Пассажирские лайнеры на гибридной тяге до сих пор остаются концептами, в то время как гибридные кроссоверы стали обычным делом на дорогах. И причина здесь совсем не в предпочтениях авиаконструкторов.
1. Вес и гравитация
Топлива требуется очень много./ Фото: naked-science.ru
В автомобиле лишняя сотня килограммов — это небольшой рост расхода топлива, в авиации же вес играет гораздо большую роль. Здесь каждый килограмм полезной нагрузки, будь то пассажир или багаж, должен приносить доход, а вес самой конструкции с учётом двигателей, кресел и всего прочего, лишь увеличивает затраты. Топливо тоже весит немало, фактически это самая тяжёлая вещь на борту. Поэтому авиационные инженеры десятилетиями пытаются облегчить буквально всё – от обшивки до столовых подносов. На этом фоне современные аккумуляторы выглядят непозволительной роскошью.
Двигатели чрезвычайно прожорливые./ Фото: bbam.com
Большое значение имеет удельная энергоёмкость. Один килограмм авиационного керосина хранит в себе примерно в 50 раз больше энергии, чем килограмм лучших существующих литий-ионных аккумуляторов. Проще говоря, чтобы заменить топливо в баке среднемагистрального лайнера на батареи с равным запасом энергии, эти батареи будут весить во много раз больше, чем максимальный взлётный вес самого самолёта. Это технологический тупик, и он порождает эффект снежного кома: тяжёлые батареи требуют более прочного планера, более мощных двигателей и больших крыльев, что снова увеличивает вес и потребность в энергии. Круг замыкается, делая чисто электрический полёт на большие дистанции физически невозможным при нынешнем уровне технологий.
2. Сложности с гибридом
Обьычный двигатель самолёта./ Фото: moodle.tstu.uz
Двигатель современного лайнера — это вершина инженерной мысли, которую довели до максимальной эффективности. Он выполняет много функций, например, на крейсерской высоте он работает как мощнейшая тепловая машина с КПД, достигающим 50%, что близко к физическому пределу. Его конструкцию оптимизировали десятками лет, чтобы он стабильно работал под определённой нагрузкой на протяжении многих часов и при этом тратил минимум топлива. Попытку подключить к такому отлаженному механизму гибридную систему можно сравнить с усовершенствованием швейцарских часов при помощи электропривода. Теоретическая выгода не окупит гигантского усложнения.
Здесь гибридная составляющая не нужна./ Фото: bezformata.com
В этом и кроется главное различие. В машине эффективность ДВС низкая на малых оборотах и во время разгона, и это можно поправить электромотором. У самолёта же самый энергозатратный манёвр — взлёт, и для него реактивные двигатели как раз и созданы. Они выдают максимальную мощность, после чего на крейсерском режиме работают не так интенсивно. Добавлять электромотор для помощи на взлёте бессмысленно: его вес и сложность систем будут обузой на протяжении всего остального полёта. Кроме того, мощная электрическая система в воздухе снижает безопасность: возможные перегрев, пробой изоляции и пожар требуют пересмотра всего отношения к самолётам.
3. Где гибриды уже летают
Гибридный самолёт./ Фото: ainonline.com
Конечно, это не значит, что электричество и гибридные схемы вовсе не используются, просто у них другая сфера применения. В лёгкой авиации, особенно в сегменте учебных и туристических самолётов, электрические и гибридные двигатели уже стали реальностью. Аппараты вроде словацкого Pipistrel Taurus или американского Ampaire EEL летают, используя гибридную схему: небольшой ДВС работает как генератор, питая электромотор винта. Они предназначены для коротких перелётов на 300-500 километров, где вес аккумуляторов не особо критичен. К этой же категории можно отнести и амбициозные проекты воздушных такси, такие как Joby Aviation или Lilium. Им не нужна большая дальность, они должны летать всего лишь в черте города.
Еще один гибрид./ Фото: wikimedia.org
Для больших пассажирских лайнеров самый лучший вариант — это не гибрид-помощник, как в автомобиле, а более радикальная турбо-электрическая схема. В ней вместо привычных двигателей под крыльями используются одна или две газовые турбины, которые работают как электростанции и вырабатывают ток, а тягу создают электромоторы, встроенные вдоль крыла. Это должно обеспечить выигрыш в аэродинамике и управляемости, но технически очень сложно: нужны сверхпроводящие линии, лёгкие мегаваттные электродвигатели и системы охлаждения, которых пока что не существует. Такие проекты появятся лишь в отдалённом будущем.
4. Экономика против экологии
До гибридных лайнеров ещё далеко./ Фото: bizavnews.ru
Даже если решить все технические проблемы, с финансовой стороны всё будет ещё хуже. Авиация — это бизнес с крайне жёсткой конкуренцией. Каждый новый самолёт авиакомпания выбирает, рассчитывая стоимость владения на десятилетия вперёд. При этом разработка и сертификация абсолютно нового типа силовой установки — это огромные инвестиции в 10-15 лет работы. Риски же провала настолько большие, что компании просто не решатся вкладывать в подобные проекты свои деньги. Ведь работоспособность гибрида ещё нужно будет доказать, а традиционные двигатели давно и успешно работают. Стоить гибридный самолёт будет безумно дорого. Так и выходит, что риск, технические проблемы и финансы – главный тормоз прогресса.
Ещё интересное с нашего канала:
Что за странный «ночной горшок» лежит на бензобаке главного мотоцикла вермахта - BMW R75
Неизвестно, получат ли авиалайнеры гибридную силовую установку, но вот некоторые автомобили уже имеют газотурбинные двигатели, которые приводят в действие мощные электрогенераторы.
