Электросамолет своими руками
Обновлено: 06.07.2024
В борьбе за чистоту окружающей среды хороши все методы. Уже становятся привычными электромобили на улицах городов, которые называют транспортом будущего, потому что это самый экологичный транспорт. Но электричество завоевывает и небо! Его в недалеком будущем бороздить будут исключительно электросамолеты.
Пришло время экспериментов Mauro Solar Riser
Электросамолет Mauro Solar Riser
Solar-Powered Aircraft Developments
Спустя пару месяцев повторили эксперимент британцы, подняв в небо электросамолет Solar-Powered Aircraft Developments. Затем в 1981 году свои силы пробовали французы, за ними немцы (1987 год). С тех пор технологии шагнули далеко вперед. Создание электросамолетов продолжается. При этом, каждая модель последующая становится более совершенной: увеличивается грузоподъемность и дальность полета, скорость, а также улучшается внутренняя отделка. И в наши дни уже речь идет о серийном производстве.
Электросамолет Solar-Powered Aircraft Developments
Китайцы заняли лидирующую позицию в освоении неба — Yuneec International E430
Впервые полноценный электросамолет появился всего шесть лет назад. Это была китайская разработка Yuneec International E430. Двухместная конструкция весила 430 кг и заряжалась от обычной розетки в течение 3-4 часов. В небо ее поднимал 54-сильный двигатель. С 2012 года начато его серийное производство.
Электросамолет Yuneec International E430
Electravia ElectroLight 2, Pipistrel Taurus Electro G2, Cessna и Schempp-Hirth Flugzeugbau
С того момента многие предприятия свои усилия направили на создание собственных электрических летательных аппаратов: Electravia ElectroLight 2, Pipistrel Taurus Electro G2, даже Cessna и Schempp-Hirth Flugzeugbau.
Электросамолет Electravia ElectroLight 2
Электросамоелет Pipistrel Taurus Electro G2
Электросмалет Schempp-Hirth Flugzeugbau
Конкуренты китайским электросамолета — Panthera Electro
У китайцев появились достойные конкуренты, например, представленный в 2012 году версия электрическая Panthera Electro (есть бензиновый вариант — Pipistrel Panthera), привлекающий внешней красотой и дороговизной материалов, использованных для внутренней и наружной отделки. Совсем немного не дотягивает по мощности электродвигатель до своего бензинового собрата, выдавая вместо 160 кВт пока только 145. Зато дальность полета, составляющая четыреста километров – вполне приличная. Предусмотрен на случай разрядки парашютный спуск самолета.
Электросамолет Panthera Electro
Пока эта модель не имеет возможности зарядиться в воздухе, но в этом направлении ведутся работы.
Elektra Two
Анонсировала свою двухместную модель и компания PC-Aero: Elektra Two должна, по всем прогнозам, быть лучшей среди прошедших уже испытания китайской и немецкой конструкций.
Электросамолет Elektra Two
Сложности в создании электросамолетов
В чем они? Казалось бы, что их не должно быть – всего-то и нужно заменить двигатель бензиновый на электрический. Но, масса играет большую роль, хотя в случае с электромобилями, она практически незаметна. Но, если там, увеличивая мощность батареи, можно добиться увеличение дальности, то в случае с летательными аппаратами этого допустить нельзя. Самолет, чтобы не потерять полетные качества, должен оставаться легким.
Если удастся конструкторам преодолеть проблему дальности полетов и очень быстрого разряда батареи, то топливные братья электросамолетов покинут небо.
Сложности не могут, однако, соперничать с плюсами электрических самолетов: отсутствие вибрации и шума, т.е. повышение комфортности; экологичность; низкая стоимость эксплуатации.
Предложение от Элон Маска
Конечно, в стороне от этой проблемы не мог остаться создатель лучшего на данный момент электроавтомобиля Тесла, Элон Маск. Как только он успевает везде?! Все его разработки отличаются высокой скоростью: Тесла и электронные переводы, перевозка на небольшие расстояния пассажиров и грузов с использованием Hyperloop. Нет предела его претенциозности. Теперь он говорит о замысле, поистине грандиозном – создании электросамолета.
Зная его, нет сомнений, что и в завоевании воздушного пространства он добьется успеха. Маск уже представил зарисовку слушателям, как всегда, не слишком вдаваясь в подробности. Но, когда речь идет о специалисте такого уровня, который не просто занимается бизнесом, а до мелочей знает все об автомобиле и ракетах, ему нельзя не доверять.
Перед своими конкурентами он выигрывает уже тем, что имеет собственные аккумуляторы, технологии космические собственной разработки и неудержима энергия, ведущая к успеху.
Электрический самолет Airbus E-FAN
Ну, и конечно, нельзя не вспомнить о первом, уже поднимавшемся в небо, действующем электросамолете Airbus E-FAN, черпающем энергию от батареи, емкость которой 40 ампер-часов, которая состоит из ста двадцати литий-полимерных аккумуляторов, может находиться в полете почти час и летать со скоростью 220 км/час.
Весит E-FAN пол тонны, в длину он 6.67 м, в полете не шумит, лишь издает негромкий звук, как от работающего фена. Технологий, которые способны в малой авиации устроить революцию много, но и недостатков хватает. Поэтому специалисты работают над их устранением, после чего можно будет говорить о серийном выпуске летательного аппарата.
Не так давно мир скептически относился к электромобилям, но Tesla заставила в них поверить. Теперь на электричество переводят и авиацию. Рассказываем, как появляются электросамолеты и почему мы еще на них не летаем
Как устроены электросамолеты
Этот аппарат, как и обычный самолет, оснащен двигателем внутреннего сгорания. Мотор преобразует химическую энергию сгорающего топлива в механическую и создает тягу — силу, которая толкает его сквозь поток воздуха. Но большую часть работы оборудования (регулировку крыла, выпуск шасси и так далее) выполняют электроприводы. Они питаются от системы электроснабжения и преобразуют электрическую энергию в механическую.
Советский бомбардировщик Пе-2 считается первым в мире электрифицированным самолетом. В 1930-х годах на нем установили около 50 электроприводов (Фото: avia.pro)
Летательный аппарат, у которого отсутствуют двигатели внутреннего сгорания, а все оборудование работает на электроэнергии. Для создания тяги в таких самолетах используют электродвигатели, которые питаются от аккумуляторов.
Самолет Yuneec International E430 китайского производства с электрическим двигателем, который питается от литий-полимерных аккумуляторов (Фото: avia.pro)
Применение батарей в качестве основных источников энергии ограничивало возможности летательных аппаратов — дальность, время полета, грузоподъемность. Поэтому специалисты в области авиации стали рассматривать альтернативные варианты получения энергии. Среди них:
- солнечные батареи — преобразуют энергию излучения в электроэнергию;
- топливные элементы — преобразуют химическую энергию топлива в электрическую без процессов горения; чаще всего в качестве топлива используется водород.
Оснащен гибридной силовой установкой. Она преобразует энергию дважды: сначала в механическую с помощью двигателей внутреннего сгорания, затем в электрическую с помощью генераторов.
Сергей Кравченко:
Кто создает и тестирует электросамолеты сегодня
Разработчики по всему миру, включая Россию, работают над созданием электросамолетов. Мы собрали примеры нескольких успешных проектов.
Стартап Kitty Hawk — персональный электросамолет
В 2017 году стартап Kitty Hawk, в который инвестирует сооснователь Google Ларри Пейдж, показал прототип первого персонального электросамолета Heaviside. Одноместный аппарат может вертикально взлетать и садиться, причем для этого ему достаточно площадки размером примерно 10х10 м.
Heaviside может преодолеть на одном заряде батареи до 160 км — примерно как от Москвы до Твери (Фото: Kitty Hawk)
Pipistrel — двухместный электросамолет
Компания Pipistrel представила двухместный электрический самолет Velis Electro, который прошел сертификацию Европейского агентства авиационной безопасности EASA. Аппарат получает энергию от двух аккумуляторов, развивает скорость до 181 км/ч и может находиться в воздухе до 50 мин.
Pipistrel уже запустила серийное производство Velis Electro: сертификат типа EASA позволяет эксплуатировать самолет в коммерческих целях (Фото: Pipistrel)
MagniX и AeroTEC — самый крупный коммерческий самолет
В 2020 году компании MagniX и AeroTEC испытали самый большой коммерческий самолет Cessna Caravan 208B с электрическим двигателем. По словам исполнительного директора Роя Ганзарски, самолет может перевозить 4–5 пассажиров на расстояние до 160 км.
Разработчики рассчитывают, что когда электродвигатель Cessna Caravan 208B пройдет сертификацию, самолет сможет выполнять рейсы с полной загрузкой из девяти пассажиров (Фото: MagniX)
Siemens — электросамолет с максимальной скоростью
Компания Siemens запустила самолет Extra 330LE с электродвигателем на аккумуляторных батареях. Аппарат побил рекорд среди аналогов: во время полета в 2017 году он достиг максимальной скорости 340 км/ч.
Siemens планируют использовать разработки Extra 330LE для производства (в партнерстве с компанией Airbus) региональных авиалайнеров, работающих на гибридных двигательных установках (Фото: Siemens)
ЦИАМ — первый пилотируемый российский электросамолет
ЦИАМ — летающая лаборатория с уникальной гибридной силовой установкой
На МАКС-2021 ЦИАМ также представил летающую лабораторию Як-40ЛЛ. В носовой части аппарата установлен воздушный винт, который приводится в движение электродвигателем. А электроэнергию он получает от генератора, который вращается двигателем внутреннего сгорания.
Зачем переводить авиацию на электричество
Очевидная причина повышенного спроса на электрификацию — экология. По данным Международной ассоциации воздушного транспорта IATA, на долю коммерческой авиации приходится около 2–3% выбросов углекислого газа. Причем за один короткий перелет, например из Лондона в Рим, образуется 234 кг углекислого газа на одного человека — больше, чем производят граждане некоторых стран за целый год.
Переход на электричество поможет решить экологические и другие проблемы современной авиации.
Сокращение количества выбросов в атмосферу
Снижение затрат на топливо
Именно эта перспектива мотивирует многие крупные авиакомпании вкладывать средства в разработку электросамолетов. Расходы на топливо составляют до 30% их затрат и значительно влияют на прибыль.
В 2020 году электросамолет компаний MagniX и AeroTEC Cessna 208B совершил успешный 30-минутный полет. Исполнительный директор Рой Ганзарски отметил, что цена полета составила всего $6. А если бы они использовали обычное моторное топливо, полет обошелся бы в $300-400.
По словам главы ЦИАМ Михаила Гордина, применение гибридных силовых установок позволит в будущем уменьшить расход топлива на 70%.
Снижение количества шума
Электрические и гибридные летательные аппараты гораздо тише обычных с ДВС. Например, вертолет на высоте 500 м создает звук в 60 дБ, который по громкости можно сравнить с проезжающим мимо мотоциклом. А электросамолет Heaviside (разработка компании Kitty Hawk) во время полета на той же высоте создает звук в 38 дБ — примерно тот же уровень громкости, что и во время разговора людей.
В результате переход авиации на электричество позволит бороться с шумовым загрязнением и строить аэропорты ближе к черте города.
Снижение затрат на эксплуатацию
Электрические двигатели устроены проще двигателей внутреннего сгорания. У них меньше движущихся и соприкасающихся частей, а значит, они менее подвержены износу. Специалисты авиационной промышленности предполагают, что электрические самолеты будут реже нуждаться в техобслуживании, что снизит эксплуатационные расходы.
Даже самые современные батареи уступают топливу в удельной энергоемкости — количестве энергии, которую они могут накопить. Реактивное топливо содержит примерно в 30 раз больше энергии, чем литий-ионная батарея.
Самый большой в мире пассажирский самолет Airbus A380 может пролететь 15 000 километров за один рейс и перевезти до 700 пассажиров. По подсчетам преподавателя кафедры прикладной аэродинамики университета Лафборо Дункана Уолкера, тот же самолет сможет преодолеть максимум 1 000 км с батареями в качестве источника энергии. Чтобы Airbus A380 пролетел на аккумуляторах свой максимум, ему понадобится комплект батарей весом в 30 раз больше, чем его текущий расход топлива. То есть из-за веса он просто не сможет оторваться от земли.
Даже если заменить всех пассажиров и груз на батареи, дальность полета Airbus A380 все равно была бы меньше 2 000 км по сравнению с обычными 15 000 км на топливе (Фото: Airbus)
Кроме того, самолет с традиционными двигателями во время полета сбрасывает топливо. Так судно становится легче, поэтому расход топлива, которое необходимо для полета, уменьшается. А вес аккумуляторов остается постоянным на протяжении всего полета, даже когда заряд израсходован.
По оценкам экспертов в области авиации, для безопасных и рентабельных полетов можно будет использовать батареи с энергоемкостью 2 000 Вт·ч/кг. Сейчас это показатель не превышает 250 Вт·ч/кг, а за год энергоемкость батарей растет примерно на 3%.
Сергей Кравченко:
«По мнению специалистов, батареи как источник энергии станут коммерчески привлекательными при достижении удельной мощности 600 кВт/кг (удельная мощность — количество тока, которое может выдавать аккумулятор на единицу веса. Показатели современных батарей находятся в пределах 10 кВт/кг. — РБК Тренды).
Какие перспективы у электрических самолетов
Сергей Кравченко:
Глава ЦИАМ Михаил Гордин отметил, что в ближайшем будущем крупные пассажирские лайнеры будут использовать именно гибридные силовые установки. А полностью электрические самолеты, вероятно, найдут применение только в малой авиации из-за ограниченной дальности и вместимости пассажиров.
Сергей Кравченко:
«В среднесрочной перспективе ожидается широкое распространение летательных аппаратов с гибридной силовой установкой. Появление полностью электрических систем будет связано с успехами электрохимии. Однако текущие достижения не позволяют ожидать существенного прогресса в этой области в ближайшее время.
В свете борьбы за чистоту окружающей среды электромобили набирают все большую и большую популярность. Их производят серийно как автогиганты (например, Chevrolet Volt или Nissan Leaf), так и маленькие компании (Coda, Mia electric). В США и Европе электромобиль из экзотики превращается в повседневное средство передвижения. Но электричество постепенно отвоевывает позиции не только на земле, но и в воздухе. Станет ли электросамолет воздушным транспортом будущего?
Вопреки заблуждению электросамолеты появились не вчера и даже не десять лет назад. Когда взлетел первый самолет братьев Райт, электромобили были весьма распространены и успешно конкурировали на дорогах со своими бензиновыми собратьями. Естественно, идея применения электродвигателя в авиации не могла не возникнуть. Еще задолго до братьев Райт, в 1883 году, французский воздухоплаватель Гастон Тиссандье установил на дирижабль собственной конструкции электродвигатель Siemens и совершил на получившемся воздушном корабле вполне успешный полет. Именно Тиссандье считается сегодня пионером электрической авиации. С тех пор электродвигатели применялись в дирижаблестроении неоднократно. Немалую популярность они получили также в авиамоделизме, но до создания полноценного самолета дело дошло лишь в 1979 году.
Pipistrel Taurus Electro G2. Как и многие другие производители, Pipistrel утверждает, что именно их двухместный электромотопланер – единственный подобный на рынке. Интересным конструктивным решением Taurus Electro G2 является убирающийся в специальную нишу пропеллер (он нужен только для взлета и посадки).
Время экспериментов
Большинство предлагаемых на рынке электрических летательных аппаратов являются не самолетами, а мотопланерами. Разница в основном обусловлена конструктивными особенностями ЛА.
Cамолет – это летательный аппарат тяжелее воздуха для полетов в атмосфере с помощью силовой установки, создающей тягу, и неподвижного относительно других частей аппарата крыла, создающего подъемную силу;
Мотопланер – это летательный аппарат тяжелее воздуха с жестким крылом, предназначенный для продолжительного полета планированием практически без тяги, но при этом оборудованный двигательной установкой. Пропеллер мотопланера предназначен для самостоятельного взлета, а также для использования в неблагоприятных для планера погодных условиях.
Недостатки электрической авиации: низкая грузоподъемность и вместимость; низкая дальность полета; высокая длительность зарядки.
Преимущества: повышенный комфорт (бесшумность, отсутствие вибрации); низкая стоимость эксплуатации и расходных материалов; экологичность.
Спустя пару месяцев, в июне, опыт повторили британцы: самолет Solar-Powered Aircraft Developments Solar One Дэвида Уильямса по плану разработчика должен был преодолеть Ла-Манш. Английский самолет побил рекорд скорости и дальности американского предшественника, но необходимых для выполнения поставленной задачи 32 км так и не достиг.
В 1981 году первый электросамолет построили французы, в 1983 году — немцы, причем у обеих конструкций солнечные батареи покрывали всю поверхность крыльев и фюзеляжа, подзаряжая аккумулятор в полете. Первый достиг длительности полета 5 часов 23 минуты, второй побил рекорд — 5 часов 41 минута. Казалось, электросамолетам суждено большое будущее. Ряд моделей появился в 1990-х, ряд — в 2000-х, каждая следующая оказывалась более совершенной, нежели предыдущие, росли дальность полета, скорость, грузоподъемность. И серийное производство не заставило себя долго ждать.
Электромотопланер — в серию!
В 1997 году итальянская компания Alisport пошла на оригинальный шаг — оборудовала серийный планер Alisport Silent Club электромотором мощностью 17 л.с. и начала продавать его как электросамолет. Заряжался полученный мотопланер от розетки и неплохо летал без всякого мотора — последний был реально необходим лишь во время взлета. Годом позже по такому же пути пошли немцы, выпустив на рынок электромотопланер Air Energy AE-1 Silent.
Yuneec International E430 (2009) – китайский пионер в деле серийного производства электросамолетов. Двухместная машина с максимальным взлетным весом 430 кг способна разгоняться до 150 км/ч (крейсерская скорость – 95 км/ч) и в стандартной комплектации может пролететь на одном заряде батарей порядка двух часов. Впрочем, и время полной зарядки у Yuneec очень короткое – всего 4 часа, что оправдывает небольшую дальность полета.
Правда, первый полноценный электросамолет (а не модифицированный планер), заявленный как серийный, появился на рынке лишь в 2009 году — им стал китайский Yuneec International E430, 430-килограммовый, двухместный, с 54-сильным электромотором. Самолет заряжается от обычной розетки за три-четыре часа и способен пролететь порядка двух часов на одной зарядке. С момента демонстрации прототипа прошло три года, и многие другие компании представили свои модели, но китайцы все-таки застолбили лидерство. В 2012 году продажи Yuneec стартовали — и E430 стал первым в истории серийным электросамолетом.
2010-е годы пестрят количеством появляющихся электросамолетов и мотопланеров. Даже Cessna объявила о том, что планирует выпустить в широкую продажу свою культовую модель Cessna 172, переведенную на электричество. Среди серийных уже мотопланеров, доступных для покупателя, можно упомянуть Pipistrel Taurus Electro G2, Electravia ElectroLight 2 и большой двухместный планер Arcus E немецкой компании Schempp-Hirth Flugzeugbau.
Перспективы самолетов
Но электромотопланер — это одно, а самолет — совсем другое. Более сложная механизация крыла, другие требования к грузоподъемности и вместительности, другая масса. Китайцы со своим Yuneec International E430, конечно, молодцы, но есть ли у них конкуренты? Конечно есть. Наиболее перспективные конструкции, уже представленные в виде прототипов и обещающие в скором времени появиться на рынке, — это немецкие разработки: New Elektra One компаний SolarWorld и PC-Aero, а также мощный четырехместный (!) Pipistrel Panthera Electro. Есть еще заявка ElectraFlyer-X от американской Electric Aircraft Corporation, но она пока находится на стадии разработки.
New Elektra One, в свою очередь, ближе к мотопланеру, чем к самолету, но он интересен значительной площадью солнечных батарей, использованных в конструкции. Panthera Electro возможности подзарядки в воздухе не имеет, а вот New Elektra One в первую очередь рассчитан именно на солнечную энергию. Без дозарядки, если отключить батареи, он может пролететь около 500 км за четыре часа — примерно как и Pipistrel. Но при включенной системе дозарядки дальность полета увеличивается до 1000 км, что для электросамолета не бывало высокий показатель. Плюс к тому солнечный самолет уже прошел первичные летные испытания и готов поступить в продажу по цене порядка $150 000.
Впрочем, прямыми конкурентами упомянутые аппараты не назовешь. Pipistrel — достаточно большой самолет люксового сегмента, Elektra One — одноместный легкий аппарат, оборудованный разве что скромным багажничком для барсетки. Другое дело, что компания PC-Aero уже анонсировала и представила в виде макета двухместную модель Elektra Two, и вот она уже способна будет в случае успешной постройки и испытаний составить конкуренцию немцам из Pipistrel и китайцам.
New Elektra One (на фото) и Elektra One от компании PC-Aero различаются тем, что поверхность крыльев новой модели покрыта солнечными батареями. Это увеличивает дальность полета с 500 до 1000 км – рекорд (пока теоретический) для электросамолетов.
В чем сложность?
Arcus E – представленный в сентябре 2010 года электромотопланер немецкой компании Schempp-Hirth Flugzeugbau GmbH, первый поступивший в серийное производство двухместный аппарат подобного типа. На сегодняшний день Arcus считается одним из наиболее коммерчески успешных электрических летательных аппаратов. Не последнюю роль в этом играет продуманный дизайн.
Технологии совершенствуются. Если со временем конструкторы сумеют преодолеть проблему дальности полета и чрезмерно быстрого расхода заряда, то электросамолеты начнут потихоньку вытеснять своих топливных собратьев. Они бесшумны, комфортны и крайне дешевы в эксплуатации, плюс к тому не наносят вреда окружающей среде. Бум электросамолетов, наметившийся в 2009 — 2010 годах, продолжает нарастать, все новые компании предлагают свои решения. Глядишь, не пройдет и десятилетия, как небо будут бороздить тихие аккуратные машины, а производители авиатоплива начнут искать другую нишу для бизнеса.
Самолет способен летать благодаря крыльям, которые создают ему подъемную силу. И чтобы поднять в воздух корпус самолета, пассажиров и перевозимые грузы, крыло, и весь самолет соответственно, должны быть большими – таково наше представление о самолетах, которое мы сделали из увиденного и услышанного ранее.
Но инженеры Джотто Кастелли (Giotto Castelli) и Тони Бишоп (Tony Bishop), конструкторы самолета e-Go, решили взглянуть на это по своему и создать что-то компактное и легкое.
Надо заметить, что с поставленной задачей разработчики справились успешно: такое летательное устройство было разработано, изготовлено, и уже даже нашелся покупатель, который совершает первые полеты.
Одноместный самолет e-Go
Почти вся конструкция самолета e-Go состоит легкого углеродного волокна и весит чуть менее 137 килограммов. В движение самолет приводится компактным роторным двигателем Ванкель (Wankel). Самолет имеет специальную конструкцию, благодаря которой крылья можно отсоединять от основного корпуса. Ха счет этого в разобранном виде e-Go занимает очень мало места и для его хранения вполне хватит обычного автомобильного гаража.
Для взлета e-Go достаточно 300 метров полосы
В технических характеристиках говорится, что мощность роторного двигателя составляет 30 лошадиных сил (22 кВт). Используемый двигатель Ванкель является адаптацией двигателя Ротрона (Rotron), разработанного для работы в беспилотных летальных аппаратах.
Дело в том, что e-Go совмещает топливный и электрический моторы, поэтому он все же потребляет топливо. Но отнюдь немного – всего 3,6 литра в час при полете со скоростью 160-170 км/ч. В общей сложности топливный бак весит 23 килограмма.
Максимальная взлетная масса самолета составляет 270 килограммов, что на десять процентов меньше, чем установленный лимит в Великобритании для одноместного нерегулируемого самолета.
Высота полета e-Go около 3000 метров
Разработчики уверяют, что для взлета самолету e-Go необходимо всего 300 метров взлетной-посадочной полосы. Аппарат способен подняться на высоту чуть выше трех километров и выдержать четыре положительные и две отрицательные перегрузки.
Внутри самолета – неотъемлемая часть любого летального аппарата – сидение пилота, в котором может сидеть человек ростом до 193 сантиметров. Есть и еще одного условие: вес пилота не должен превышать 110 килограммов. Предполагается, что самолет будет перевозить до 15 килограммов багажа.
Пилоты смогут получать информацию из большого экрана, отображающий пилотажные приборы, контроль двигателя и другие важные данные касательно навигации и контроля за управлением самолёта.
Серийное производство самолета уже началось, его стоимость составляет 50 000 £ (примерно $70 700).
Читайте также: