Устойчивое развитие является важной темой в авиационной отрасли. Огромное количество людей и продуктов, ежедневно летающих по всему миру, приводит к огромному загрязнению окружающей среды. Как мы можем это исправить? Этим вопросом занимаются различные крупномасштабные исследования, аналогичные проекту ASuMED. В течение последних нескольких лет компания Demaco принимала активное участие в разработке экологически безопасного сверхпроводящего авиационного двигателя.
Устойчивое развитие в авиационной промышленности
Авиация представляет собой большую нагрузку для окружающей среды. Большинство самолетов потребляют несколько килограммов топлива в минуту, в результате чего образуются токсичные отработавшие газы, содержащие CO2, окиси азота и мелкие твердые частицы.
Программа ACARE Flightpath 2050 поставила перед авиационной промышленностью непростые задачи по снижению выбросов этих токсичных выхлопных газов. Программа нацелена на достижение следующих целей на 2050 год по сравнению с 2020 годом:
- Сократить выбросы CO2 на 75%.
- Сократить выбросы оксидов азота и тонкодисперсных частиц на 90%.
- Снизить уровень шума, создаваемого авиацией, на 60%.
По своей природе усовершенствования конструкции самолетов вряд ли дадут желаемые результаты. Это диктует необходимость исследования новых и альтернативных методов.
Проект ASuMED
Одним из способов сделать воздушное судно легче и повысить устойчивость его эксплуатации является разработка компактного, легкого и сверхпроводящего двигателя. Цель проекта ASuMED 2017 года как раз и заключается в этом.
Проект ASuMED финансировался Европейским Союзом, являясь одним из элементов проекта Программа исследований и инноваций «Горизонт 2020». Программа выполняется опытным существующим консорциумом: Эйр Ликвид, Hochschule Aschaffenburg, Институт электротехники, Институт Технологии Карлсруэра, K&S GmbH Projektmanagement, Освальд, Роллс-Ройс, СуперОкс, Кембриджский университет и Демако, в то время как Airbus взял на себя консультативную роль в проекте.
Конечной целью проекта была разработка криогенного двигателя для авиационной промышленности, снижающего расход топлива и выброс токсичных газов.
Почему сверхпроводящий двигатель?
Сверхпроводимость — это явление, при котором конкретные материалы теряют свое электрическое сопротивление, как только они становятся чрезвычайно охлажденными. Таким образом, электрические токи больше не будут заторможены каким-либо сопротивлением; это дает возможность создавать компактные, но очень мощные и эффективные электрические устройства.
Электродвигатели работают по тому же принципу. Чем более проводящий материал, тем больше энергии может быть преобразовано, в то время как электродвигатель может быть построен более компактным и легким.
Криогенный двигатель ASuMED
Легкая и компактная силовая установка ASuMED использует сверхпроводимость для достижения необходимой плотности мощности и эффективности, необходимых для гибридной электрической силовой установки с распределенной тягой (HEDP), которая будет управлять будущими крупными авиалайнерами. Использование криогенного газа в сочетании с современными системами охлаждения (вспомогательным оборудованием) позволит охладить двигатель ASuMED до чрезвычайно низких температур, что позволит использовать сверхпроводящие авиационные двигатели.
Как это работает? Криогенный двигатель основан на концепции двойного криостата. Он состоит из двух отдельных криостатов и двух отдельных систем охлаждения. Одна система используется для ротора, другая для статора. Ротор охлаждается гелиевым газом 25 К (-248,15 °C), а статор жидким азотом 20 К (-253,15 °C).
В ходе этого проекта Освальд отвечал за разработку статора, а Демако в сотрудничестве с Кембриджским университетом разработал ротор.
Охлаждение движущегося объекта
Охлаждение движущегося объекта, такого как ротор в проекте ASuMED, сопряжено со значительными трудностями. Охладить неподвижные объекты можно за счет проводимости; с подвижными объектами это вряд ли возможно. В качестве альтернативы, лучшим возможным вариантом, который возник после тщательного сравнения и анализа, является охлаждение путем принудительной конвекции.
Это достигается путем циркуляции газообразного гелия в закрытой системе вокруг ротора (охлаждение в замкнутом контуре); при этом ротор охлаждается постоянным потоком холодного газа.
Гелий с температурой 25 К (-248,15 °C) направляется мимо ротора. Пока ротор охлаждается, газ нагревается примерно до 30 К (-243,15 °C). После прохождения через ротор слегка подогретый газ автоматически собирается в системе охлаждения и снова охлаждается до 25 К для прохождения через ротор. Процесс постоянно повторяется.
Что будет дальше?
Первые шаги сделаны. Анализ FEM (на основе метода конечных элементов) завершен, и интерпретация системы завершена. Цель проекта ASuMED достигнута. Вместе с консорциумом мы продемонстрировали способность компактного сверхпроводящего криогенного двигателя обеспечивать достаточную тягу для использования в авиации.
Прежде чем авиационная промышленность сможет использовать этот тип двигателя в авиации, дальнейшие исследования, испытания и эксперименты являются обязательными. Эти обширные углубленные эксперименты и испытания позволят по-новому взглянуть на поведение системы в различных условиях (например, в холодной и жаркой среде), что позволит еще больше настроить и оптимизировать криогенную систему охлаждения.
Demaco консультант по сложным криогенным вопросам
Методы работы Демако очень разнообразны. У нас работают команды, которые занимаются краткосрочными стандартными проектами, такими как поставка вакуумно-изолированных транспортировочных труб или систем криоконсервации.
Однако важной частью нашей миссии являются углубленные исследования сложных криогенных проблем. Являясь одним из ведущих игроков в криогенике, мы регулярно консультируемся с целью определения наилучшего решения для различных криогенных проблем. Предложение решения для ротора проекта ASuMED является наглядным примером нашей компетентности.
Наше участие в проектах такого рода, как правило, основано на гораздо большем, чем поставка криогенных продуктов. Мы предлагаем полный пакет, состоящий из управления проектом, криогенного инжиниринга и поставки подходящих криогенных систем.
Во многих случаях наши проекты приводят к новым блестящим изобретениям. Компания Demaco уже запатентовала новую технологию высокотехнологичного ротора ASuMED; мы ожидаем, что наше изобретение внесет свой вклад в устойчивое развитие авиационной промышленности.
Хочешь узнать больше?
Если у Вас возникли вопросы по поводу криогенных двигателей или продвинутого участия Demaco в решении криогенных проблем, пожалуйста, свяжитесь с нами или посетите наш веб-сайт, чтобы узнать больше о нашей продукции и проектах и узнать больше о том, кто мы такие и чем мы занимаемся.
